1965-ben Gordon Moore, az Intel társalapítója, a Moore törvényét javasolta, előre jelezve, hogy a chipek tranzisztorai sűrűsége 18–24 havonta megduplázódik.Az évtizedes fejlődés után azonban a szilícium-alapú elektronikus chipek megközelítik képességeik fizikai elméleti határait.
A fotonikus chipek megjelenését kulcsfontosságú módszernek tekintik a Moore törvényének korlátozásainak áttörésére.
A közelmúltban egy olyan csapat, amelyet Wang Cheng, a Hongkongi Városi Egyetem egyetemi docens vezette, a Hongkongi Kínai Egyetem kutatóival együttműködve kifejlesztett egy mikrohullámú fotonikus chipet, amely lítium -niobátot használ.Ez a chip feldolgozza a jeleket gyorsabban, és kevesebb energiát fogyaszt, optikát használva az ultragyors analóg elektronikus jelfeldolgozáshoz és számításhoz.
A kutatást február 29 -én tették közzé a "Nature" -ben.Úgy tűnik, hogy az integrált lítium -niobát mikrohullámú fotonikus chipek nem csak 1000 -szer gyorsabbak, mint a hagyományos elektronikus processzorok, hanem szuper széles feldolgozási sávszélességgel és rendkívül magas számítási pontossággal rendelkeznek, alacsonyabb energiafogyasztással.
A fotonikus chipek fogalma már nem ismeri, és a fotonikus chipek területén az új technológiák gyakran megjelennek.Például 2022 decemberében Zou Weiwen professzor vezetésével a Sanghaj Jiao Tong Egyetem elektrotechnikájának elektrotechnikai és villamosmérnöki iskolájának elektrotechnikájának elektrotechnikai osztályából egy innovatív elképzelést javasolt, amely a fotonikát a számítástechnikai tudományokkal keresztezi.Fejlesztettek egy új típusú fotonikus tenzor-feldolgozó chipet, amely képes nagysebességű tenzor konvolúciós műveletekre.Az eredményeket a "Nature" -ben tették közzé, a "High-Lorder Tensor Stream feldolgozás, az integrált fotonikus chipek alapján" címen.
Ezenkívül a kínai kutatók jelentős áttörést hajtottak végre a fotonikus integrált áramkörökben, fotonikus tranzisztorokban és az optikai számítástechnikában.Ezek az eredmények nemcsak azt mutatják, hogy Kína erőssége a fotonikus chip -technológiában, hanem jelentősen hozzájárul a globális fotonikus chipipar fejlődéséhez.
Az elmúlt évtizedben a fotonikus technológia fókuszpontjává vált az információs technológia, a mesterséges intelligencia, az intelligens járművek és az egészségügy következő generációjává.Ez a kapcsolódó országok által a nemzetközi piacon vezető pozíció fenntartásának egyik kulcsfontosságú technológiájának is tekinthető.
Egyszerűen fogalmazva: a fotonikus chip egy chip, amely optikai jeleket használ az adatgyűjtéshez, az átvitelhez, a számításhoz, a tároláshoz és a megjelenítéshez.A fotonikus chipeket a jelenlegi korszakban nagyon keresik, elsősorban két előnye miatt: a teljesítmény és a gyártás.
1. előny: Magas számítási sebesség, alacsony energiafogyasztás és alacsony késés
A hagyományos elektronikus chipshez képest a fotonikus chipsnek számos előnye van, elsősorban a nagy sebesség és az alacsony energiafogyasztás szempontjából.Az optikai jelek a fénysebességgel továbbítják, nagymértékben növelik a sebességet;Ideális esetben a fotonikus chipek körülbelül 1000 -szer gyorsabbak, mint az elektronikus chipek.A fotonikus számítástechnika kevesebb energiát fogyaszt, mivel az optikai számítástechnika energiafogyasztása várhatóan 10^-18 joule/bit (10^-18 J/bit) lesz.Ugyanazon energiafogyasztással a fotonikus eszközök több százszor gyorsabbak, mint az elektronikus eszközök.
Ezenkívül a fény természetes képességgel rendelkezik a párhuzamos feldolgozáshoz és az érett hullámhossz -osztás multiplexelési technológiájához, jelentősen javítva az adatfeldolgozási kapacitást, a tárolást és a fotonikus chipek sávszélességét.A fényhullámok frekvenciája, hullámhossza, polarizációs állapota és fázisa eltérő adatokat képviselhet, és a fénysutak nem zavarják egymást, amikor átlépik.Ezek a jellemzők miatt a fotonok a párhuzamos számítástechnikához igazodnak, jól illeszkednek a mesterséges ideghálózatokhoz, ahol a számítási folyamat nagy része "mátrix szorzás".
Összességében a fotonikus chipek magas számítási sebességgel, alacsony energiafogyasztással és alacsony késéssel rendelkeznek, és kevésbé hajlamosak a hőmérséklet, az elektromágneses mezők és a zaj változásaira.
2. előny: alacsonyabb gyártási követelmények
Az integrált áramköri chipekkel ellentétben a fotonikus chipek viszonylag alacsonyabb gyártási követelményekkel rendelkeznek.A legmagasabb technikai akadályok az epitaxiális tervezésben és gyártásban rejlenek.A fény technológiai útjának olyan előnyei vannak, mint a nagy sebesség, az alacsony energiafogyasztás és az anti-crosstalk, lehetővé téve az elektronika számos funkciójának helyettesítését.
Sui Jun, a kínai Xintong Microelectronics Technology (Peking) Co., Ltd. elnöke, egyszer kijelentette: "A fotonikus chipeknek nem kell rendkívül csúcsminőségű litográfiai gépeket használniuk, mint például az Extreme Ultraviolet (EUV) litográfiai gépek, amelyek az elektronikus chipshez szükségesek. Tudhatunk.Készítse el őket viszonylag érett háztartási anyagok és berendezések felhasználásával. "
Annak érdekében, hogy a fotonikus chipek felváltják -e az elektronikus chipeket, fontos megérteni az elektronikus chipek előtt álló jelenlegi szűk keresztmetszeteket.
Az elektronikus chipek első kihívása a Moore törvényének korlátozása.Az elmúlt közel 50 évben a tranzisztorok sűrűsége 18-20 havonta megduplázódhat, de fizikai szempontból az atom mérete közel 0,3 nanométer.Amikor a félvezető eljárás eléri a 3 nanométert, akkor nagyon közel áll a fizikai határhoz, így szinte lehetetlenné teszi a 18-20 havonta történő duplázást.