"Вярвате ли в светлината?" Ако ентусиаст на чип ви зададе този въпрос, не е, че той изведнъж е ултраман фен. Това е, че той започва да забелязва, че „светлината“ започва да раздвижва света на чипа.
Нобеловата награда за физика през 2023 г. беше присъдена на „Асиметрична технология на пулса на светлината“, а „Как да използваме светлината за изчисляване“ също се превърна в важна тема в индустрията и академичните среди. Може ли светлината, която естествено е бърза, да завърши модернизацията на „инфраструктурата“ на интелигентния свят в ерата на изкуствения интелект с невероятна скорост?
Фотоните поемат от електрони
В сравнение с по -традиционните електронни чипове, фотонните чипове са нов тип чипове, които използват свойствата на фотоните за изчисляване.
По същество чиповете разчитат на физическите свойства на полупроводниковите материали, за да манипулират микроскопични частици, които носят информация, но различните видове чипове използват различни носители на частици. „Фотонните чипове използват фотони за генериране, обработка, предаване и показване на информация“, казва Лей Ми, основателят на China Innovation Star.
В сравнение с електроните, предимствата на фотоните са очевидни: те имат много бързо време за реакция за предаване на информация, 3-4 Поръчки с по-голям информационен капацитет, отколкото електрони, силно съхранение, изчисления и дори паралелни възможности за свързване и ултра ниска консумация на енергия ... това е очевидно какво означава, че тези предимства означават за информационната индустрия.
Сега, с появата на епохата на изкуствения интелект, търсенето на изчислителна мощност нараства. Развитието на електронните чипове обаче достигна лимита на физическите и икономическите разходи и непрекъснато се чува „провалът на закона на Мур“.
Електронните чипове се основават на силиций, като силициевите атоми имат диаметър около 0. 22 нанометра. Когато процесът е намален до под 7 нанометра, електронните чипове са силно податливи на електрически скокове и проблеми с разрушаването на електрон, което затруднява перфектно контрол на електроните. Във вълната от големи модели, които се появиха през 2023 г., недостатъците на традиционните електронни чипове станаха очевидни.
Photonics Chips обяви нова зора. Те не само обещават да се справят с непреодолимите предизвикателства на консумацията на енергия и достъпа до паметта в електронните чипове, но и създават множество иновативни сценарии за приложение. В съответствие с това, оптичните пътища заместват електрическите вериги, а лазерните източници заемат мястото на захранването ... Чрез премахване на необходимостта от фотоелектрическо преобразуване е възможно да се заобиколи съществуващите физически граници и да се пробият изчислителното тегло от чипс. В момента конкуренцията в тази област вече започна сред най -добрите изследователски институции както в страната, така и в международен план.
През април тази година изследователски екип от университета в Цингхуа въведе разпределена ширина интелигентна оптична изчислителна архитектура в света. Те проектираха фотонен чип -- "Тайджи" за напреднали AI задачи, които имат енергийна ефективност 2 до 3 порядъка по -висока от тази на съществуващите интелигентни чипове и могат да осигурят изчислителна поддръжка на мощността за задачи като интелигентен анализ на големи сцени и обучение и разсъждения на големи модели.
През май изследователски екип от Шанхайския институт за микросистеми и информационни технологии на Китайската академия на науките разработи литиева танталатна хетеро-интегрирана вафла, която също беше използвана за първи път, за да направи високопроизводителни и масово произвеждани фотонични чипове.
Дали фототонният чип наистина не е далеч?
Как да укротим светлината?
Освен че очакваме бъдещето, нека помислим повече за това как работят чиповете на фотониката?
Електронният чип е съставен от електронен транзистор и проводима медна тел. Фотонният чип е съставен от фотонен транзистор и вълновода, който провежда светлина. Вълноводното е средата за разпространение на светлината, като познатото оптично влакно.
Според техните функции, фотоничните чипове могат да бъдат разделени на две категории: лазерни чипове и детекторни чипове. Лазерните чипове трябва да използват електрическата енергия на инжектирания ток от полупроводникови материали, за да реализират превръщането на електричеството и светлината. Детекторните чипове идентифицират оптичните сигнали чрез фотоелектрически ефект и ги превръщат в електрически сигнали.
Как да контролирам изхода на светлината? В идеалния случай това ще бъде напълно оптичен транзисторен, задвижван и контролиран от светлина. Технологията обаче все още не е зряла; Чистите фотонни чипове все още са в концептуалния етап, а основните компоненти на фотонните чипове все още са електрооптични хибридни устройства, които използват светлина за шофиране и електричество за контрол. Въз основа на оптоелектронната модулация, университетът Tsinghua стартира чипа Taiji II през август тази година, постигайки онлайн обучение на оптични невронни мрежи, без да е необходимо GPU.
Чрез интегрирането на електрооптични хибридни устройства целият процес на модулация, предаване и демодулация между оптични сигнали и електрически сигнали е интегриран върху един субстрат. Това формира основата за високоскоростна обработка на данни при чипове. Благодарение на предимството на размера на дължината на вълната на светлинните вълни, фотоничните чипове могат да бъдат изработени с помощта на зрели процеси с дължини на вълната, малки като сто нанометра, което позволява цялостно вътрешно производство на тези чипове.
Къде ще се използват чиповете на фотоните?
Както казах, фотонните чипове имат потенциала да пробият изчислителната бати за мощност на електронните чипове. В допълнение, какви други области могат да бъдат използвани?
Добре известно е, че скоростта на светлината е най -бързо известната във Вселената. Използване на високоскоростните характеристики на предаване на светлината, първото нещо, което идва на ум с фотонични чипове, е пренос на данни с ултра високоскорост. "Оптична мрежа на фибри + фотонен чип" означава нова ера на високоскоростна комуникация. Нещо повече, съпротивлението на смущения на фотонични чипове също дава възможност на фотонния радар да се превърне в реалност.
Прилагането на фотонни чипове в други полета също е обещаващо. Например, в биомедицината, фотоновите чипове могат да се използват за оптично изображение и спектроскопски анализ, което позволява бързо откриване и анализ на клетки, тъкани и лекарства. При мониторинга на околната среда фотоничните чипове могат да се прилагат за газови сензори и мониторинг на замърсяването, което прави по-ефективното наблюдение и оценка на качеството на околната среда.
Оптичните изчислителни чипове започват да се измъкват от лабораторията и учените се надяват, че след поредица от инженерни усилия, търговските фотонични чипове могат да бъдат произведени по стабилен начин възможно най -скоро. Това означава, че цената на фотонните чипове може да бъде широко приета от индустрията.
