1965 föreslog Gordon Moore, medgrundare av Intel, Moores lag och förutspådde att tätheten av transistorer på chips skulle fördubblas var 18 till 24 månad.Men efter decennier av utveckling närmar sig kiselbaserade elektroniska chips de fysiska teoretiska gränserna för deras förmågor.
Framväxten av fotoniska chips ses som ett viktigt sätt att bryta igenom begränsningarna i Moores lag.
Nyligen utvecklade ett team under ledning av docent Wang Cheng från City University of Hong Kong, i samarbete med forskare från det kinesiska universitetet i Hong Kong, ett mikrovågsfotoniskt chip med litiumniobat som plattform.Detta chip bearbetar signalerar snabbare och förbrukar mindre energi och använder optik för ultra-snabb analog elektronisk signalbehandling och beräkning.
Forskningen publicerades i "Nature" den 29 februari.Det rapporteras att integrerade litium -niobatmikrovågsfotoniska chips inte bara är 1000 gånger snabbare än traditionella elektroniska processorer utan också har en superbredd bearbetningsbandbredd och extremt hög beräkningsnoggrannhet, med lägre energiförbrukning.
Begreppet fotoniska chips är inte längre okänt, och ny teknik inom området fotoniska chips dyker upp ofta.I december 2022 föreslog till exempel ett team under ledning av professor Zou Weiwen från avdelningen för elektronisk teknik vid School of Electronic Information and Electrical Engineering vid Shanghai Jiao Tong University en innovativ idé som korsar fotonik med beräkningsvetenskap.De utvecklade en ny typ av fotonisk tensorbehandlingschip som kan höghastighetstensorupplösningsoperationer.Resultaten publicerades i "Nature" under titeln "Högordnad tensorströmbehandling baserad på integrerade fotoniska chips."
Dessutom har kinesiska forskare gjort betydande genombrott i fotoniska integrerade kretsar, fotoniska transistorer och optisk datoranvändning.Dessa prestationer visar inte bara Kinas styrka inom fotonisk chip -teknik utan ger också ett betydande bidrag till utvecklingen av den globala fotoniska chipindustrin.
Under det senaste decenniet har fotonisk teknik blivit en samlingspunkt för nästa generation av informationsteknologi, konstgjord intelligens, smarta fordon och sjukvård.Det anses också vara en av de viktigaste teknikerna för att upprätthålla en ledande position på den internationella marknaden av närstående länder.
Enkelt uttryckt är ett fotoniskt chip ett chip som använder optiska signaler för datainsamling, överföring, beräkning, lagring och visning.Fotoniska chips är mycket eftertraktade i den aktuella eran främst på grund av två fördelar: prestanda och tillverkning.
Fördel 1: Hög datorhastighet, låg effektförbrukning och låg latens
Jämfört med traditionella elektroniska chips har fotoniska chips många fördelar, främst när det gäller hög hastighet och låg effektförbrukning.Optiska signaler sänder med ljusets hastighet, kraftigt ökande hastighet;Helst beräknar fotoniska chips ungefär 1000 gånger snabbare än elektroniska chips.Fotonisk datoranvändning förbrukar mindre energi, med kraftförbrukningen av optisk dator som förväntas vara så låg som 10^-18 joules per bit (10^-18 J/bit).Med samma strömförbrukning är fotoniska enheter hundratals gånger snabbare än elektroniska enheter.
Dessutom har ljus en naturlig förmåga för parallell bearbetning och mogen våglängdsdelning multiplexeringsteknologi, vilket förbättrar databehandlingskapacitet, lagring och bandbredd för fotoniska chips.Frekvensen, våglängden, polarisationstillståndet och fasen av ljusvågor kan representera olika data, och ljusvägar stör inte varandra när de korsar.Dessa egenskaper gör att fotoner är skickliga vid parallell datoranvändning och passar bra med konstgjorda neurala nätverk, där de flesta av datorprocessen involverar "matrismultiplikation."
Sammantaget har fotoniska chips hög datorhastighet, låg effektförbrukning och låg latens och är mindre mottagliga för förändringar i temperatur, elektromagnetiska fält och brus.
Fördel 2: Lägre tillverkningskrav
Till skillnad från integrerade kretschips har fotoniska chips relativt lägre tillverkningskrav.De högsta tekniska barriärerna ligger i epitaxial design och tillverkning.Den teknologiska ljusvägen har fördelar som hög hastighet, låg energiförbrukning och anti-kryssning, vilket gör att den kan ersätta många elektronikfunktioner.
Sui Jun, ordförande för Kinas Xintong Microelectronics Technology (Peking) Co., Ltd., en gång sagt, "Fotoniska chips behöver inte använda extremt avancerade litografimaskiner som Extreme Ultraviolet (EUV) litografimaskiner som krävs för elektroniska chips.producera dem med relativt mogna hushållsmaterial och utrustning. "
När det gäller huruvida fotoniska chips kommer att ersätta elektroniska chips är det viktigt att förstå de nuvarande flaskhalsarna som vetter mot elektroniska chips.
Den första utmaningen för elektroniska chips är begränsningen av Moores lag.Under de senaste nästan 50 åren kan tätheten för transistorer fördubblas var 18-20 månad, men ur fysisk synvinkel är storleken på en atom nära 0,3 nanometer.När halvledarprocessen når 3 nanometer är det mycket nära den fysiska gränsen, vilket gör det nästan omöjligt att fortsätta fördubblas var 18-20 månad.