„Věříš ve světlo?“ Pokud se vás nadšenec čipu zeptá na tuto otázku, není to tak, že je najednou ultramanským fanouškem. Je to tak, že si začíná všimnout, že „světlo“ začíná vyvolávat svět čipů.
Nobelova cena za fyziku 2023 byla udělena „asymetrické technologii světelného pulsu“ a „jak používat světlo pro výpočet“, se také stala důležitým tématem v oboru a akademické půdě. Může světlo, které je přirozeně rychlé, dokončit modernizaci „infrastruktury“ inteligentního světa v éře umělé inteligence neuvěřitelnou rychlostí?
Fotony přebírají z elektronů
Ve srovnání s tradičnějšími elektronickými čipy jsou fotonické čipy novým typem čipů, které pro výpočet používají vlastnosti fotonů.
Čipy se v podstatě spoléhají na fyzikální vlastnosti polovodičových materiálů pro manipulaci s mikroskopickými částicemi, které nesou informace, ale různé typy čipů používají různé nosiče částic. „Fotonické čipy používají fotony k generování, zpracování, přenosu a zobrazování,“ řekl Lei Mi, zakládající partner China Innovation Star.
Ve srovnání s elektrony jsou zřejmé výhody fotonů: mají velmi rychlou dobu odezvy pro přenos informací, 3-4 řády, které mají vyšší informační kapacitu, než elektrony, silné skladování, výpočetní a dokonce paralelní propojovací schopnosti a ultra nízký spotřeba energie ... je zřejmé, jaké potenciální výhody pro informační průmysl.
Nyní, s příchodem věku umělé inteligence, roste poptávka po výpočetní síle. Rozvoj elektronických čipů však dosáhl limitu fyzických a ekonomických nákladů a „selhání Mooreova zákona“ je však neustále slyšet.
Elektronické čipy jsou založeny na křemíku, přičemž atomy křemíku mají průměr asi 0. 22 nanometrů. Když je proces snížen na pod 7 nanometrech pod 7 nanometrů, jsou elektronické čipy vysoce citlivé na problémy s elektrickým přepětím a elektrony, což ztěžuje dokonalé kontrolu elektronů. Ve vlně velkých modelů, které se objevily v roce 2023, se objevily nedostatky tradičních elektronických čipů.
Fotonics Chips Herald nový úsvit. Slibují nejen řešit nepřekonatelné výzvy spotřeby energie a přístupu do paměti v elektronických čipech, ale také vedou k četným inovativním aplikačním scénářům. V souladu s tím optické cesty nahrazují elektrické obvody a zdroje laserů nahrazují zdroje napájení ... odstraněním potřeby fotoelektrické konverze je možné obejít stávající fyzické limity a prorazit výpočetní úzký úzký úsek čipů. V současné době se soutěž v této oblasti již začala mezi špičkovými výzkumnými institucemi na domácí i mezinárodní úrovni.
V dubnu letošního roku byl výzkumný tým z univerzity Tsinghua propagoval distribuovanou šířku inteligentní optické výpočetní architektury na světě. Navrhli fotonický čip -- "taiji" pro pokročilé úkoly AI, který má energetickou účinnost o 2 až 3 řády vyšší než u stávajících inteligentních čipů, a může poskytovat výpočetní podporu pro úkoly, jako je inteligentní analýza velkých scén a trénink a zdůvodnění velkých modelů.
V květnu vyvinul výzkumný tým v Šanghajském institutu mikrosystému a informačních technologií Čínské akademie věd lithium-tantalátovou heteroointegrovanou oplatku, která byla také poprvé použita k vytvoření vysoce výkonných a hromadně vyráběných fotonických čipů.
Je fotonový čip opravdu daleko?
Jak zkrotit světlo?
Kromě toho, že se těšíme na budoucnost, přemýšlejte více o tom, jak fungují čipy fotoniky?
Elektronický čip se skládá z elektronického tranzistoru a vodivého měděného drátu. Fotonický čip je tvořen fotonickým tranzistorem a vlnovodem, který vede světlo. Vlnovod je médium pro šíření světla, jako je známé optické vlákno.
Podle jejich funkcí lze fotonické čipy rozdělit do dvou kategorií: laserové čipy a detektorové čipy. Laserové čipy musí používat elektrickou energii injektovaného proudu polovodičovými materiály k realizaci přeměny elektřiny a světla. Detektorové čipy identifikují optické signály prostřednictvím fotoelektrického efektu a převádějí je na elektrické signály.
Jak ovládat výstup světla? V ideálním případě by to byl plně optický tranzistor řízený a ovládaný světlem. Tato technologie však ještě není zralá; Čisté fotonické čipy jsou stále v koncepční fázi a základní komponenty fotonických čipů jsou stále elektrooptická hybridní zařízení, která používají pro řízení světlo a elektřinu. Na základě optoelektronické modulace zahájila univerzita Tsinghua University v srpnu letošního roku Chip Taiji II a dosáhla online školení optických neuronových sítí bez potřeby GPU.
Prostřednictvím integrace elektrooptických hybridních zařízení je celý proces modulace, přenosu a demodulace mezi optickými signály a elektrickými signály integrován na jediný substrát. To tvoří základ pro vysokorychlostní zpracování dat v čipů. Díky výhodě velikosti vlnové délky světelných vln lze fotonické čipy vyrobit pomocí zralých procesů s vlnovými délkami tak malými jako sto nanometrů, což umožňuje úplnou domácí produkci těchto čipů.
Kde budou používány fotony?
Jak jsem řekl, fotonické čipy mají potenciál prorazit úzký profil výpočetního výkonu elektronických čipů. Kromě toho, jaké další oblasti mohou být použity?
Je dobře známo, že rychlost světla je nejrychlejší známá ve vesmíru. Využití vysokorychlostních přenosových charakteristik světla, první věcí, která přijde na mysl s fotonickými čipy, je přenos dat s velmi vysokou rychlostí. „Fiber Optic Network + Photonic Chip“ znamená novou éru vysokorychlostní komunikace. Navíc, interferenční odolnost fotonických čipů také umožňuje, aby se fotonický radar stal skutečností.
Aplikace fotonických čipů v jiných polích je také slibná. Například v biomedicíně mohou být fotonické čipy použity pro optické zobrazování a spektroskopickou analýzu, což umožňuje rychlou detekci a analýzu buněk, tkání a léků. Při monitorování životního prostředí lze fotonické čipy aplikovat na senzory plynu a sledování znečištění, což bude efektivnější monitorování a hodnocení kvality životního prostředí v reálném čase.
Optické počítačové čipy se začínají pohybovat z laboratoře a vědci doufají, že po sérii inženýrských úsilí mohou být komerční fotonické čipy vyráběny stabilním způsobem co nejdříve. To znamená, že náklady na fotonické čipy mohou průmysl široce přijmout.
