"Creieu en la llum?" Si un entusiasta del xip us fa aquesta pregunta, no és que de sobte sigui un fan d’Ultraman. És que comença a notar que la "llum" comença a agitar el món del xip.
El premi Nobel de física del 2023 es va atorgar a la "tecnologia asimètrica de pols de llum" i "com utilitzar la llum per calcular" també s'ha convertit en un tema important en la indústria i l'àmbit acadèmic. La llum, que és naturalment ràpida, pot completar la actualització de la "infraestructura" del món intel·ligent en l'època de la intel·ligència artificial a una velocitat increïble?
Els fotons es fan càrrec dels electrons
En comparació amb els xips electrònics més tradicionals, els xips fotònics són un nou tipus de xips que utilitzen les propietats dels fotons per calcular.
En essència, els xips es basen en les propietats físiques dels materials semiconductors per manipular partícules microscòpiques que porten informació, però diferents tipus de xips utilitzen diferents portadors de partícules. "Els xips fotònics utilitzen fotons per generar, processar, transmetre i mostrar informació", va dir Lei Mi, soci fundador de China Innovation Star.
En comparació amb els electrons, els avantatges dels fotons són evidents: tenen un temps de resposta molt ràpid per a la transmissió d’informació, 3-4 Ordres de magnitud de capacitat d’informació més elevada que els electrons, l’emmagatzematge fort, la informàtica i fins i tot les capacitats d’interconnexió paral·lela i el consum d’energia ultra-baixa ... és evident que pot ser que aquests avantatges signifiquin per a la indústria de la informació.
Ara, amb l’arribada de l’època de la intel·ligència artificial, la demanda de poder informàtic augmenta. No obstant això, el desenvolupament de xips electrònics ha arribat al límit dels costos físics i econòmics, i es sent constantment el "fracàs de la llei de Moore".
Els xips electrònics es basen en silici, amb àtoms de silici amb un diàmetre de aproximadament 0. 22 nanòmetres. Quan el procés es redueix a menys de 7 nanòmetres, els xips electrònics són molt susceptibles a les pujades elèctriques i als problemes de desglossament d’electrons, cosa que dificulta el control perfectament dels electrons. En l’onada de grans models sorgits el 2023, les mancances dels xips electrònics tradicionals s’han fet evidents.
Photonics xips Herald a New Dawn. No només prometen abordar els reptes insuperables del consum d’energia i l’accés a la memòria en xips electrònics, sinó que també donen lloc a nombrosos escenaris d’aplicacions innovadors. D'acord amb això, les rutes òptiques substitueixen els circuits elèctrics i les fonts làser ocupen el lloc de les fonts d'alimentació ... mitjançant l'eliminació de la necessitat de conversió fotoelèctrica, és possible obviar els límits físics existents i trencar -se pel coll d'ampolla computacional. Actualment, la competència en aquest camp ja ha començat entre les principals institucions de recerca tant a nivell nacional com internacional.
A l'abril d'aquest any, un equip de recerca de la Universitat de Tsinghua va ser pioner en una arquitectura informàtica òptica intel·ligent distribuïda al món. Van dissenyar un xip fotònic -- "taiji" per a tasques AI avançades, que té una eficiència energètica de 2 a 3 ordres de magnitud superiors a les de xips intel·ligents existents, i poden proporcionar suport comptable per a tasques com ara l'anàlisi intel·ligent de grans escenes i formació i raonament de grans models.
Al maig, un equip de recerca de l’Institut de Microsistema de Microsistema de Xangai i de la Informació de l’Acadèmia de Ciències xineses va desenvolupar una hòstia integrada per hetero-integrada de liti, que també es va utilitzar per primera vegada per fer xips fotònics d’alt rendiment i produïts en massa.
El xip fotó no està gaire lluny?
Com domar la llum?
A més de esperar el futur, pensem més sobre el funcionament dels xips de fotònics?
Un xip electrònic està format per un transistor electrònic i un fil conductor de coure. Un xip fotònic està format per un transistor fotònic i una guia d'ona que condueix llum. La guia d'ona és el medi per a la propagació de la llum, com la fibra òptica familiar.
Segons les seves funcions, els xips fotònics es poden dividir en dues categories: xips làser i xips de detector. Els xips làser han d’utilitzar l’energia elèctrica del corrent injectat per materials semiconductors per realitzar la conversió d’electricitat i llum. Els xips del detector identifiquen els senyals òptics mitjançant l'efecte fotoelèctric i els converteixen en senyals elèctrics.
Com controlar la sortida de la llum? L’ideal seria que fos un transistor totalment òptic impulsat i controlat per la llum. Tot i això, la tecnologia encara no és madura; Els xips fotònics purs encara es troben en l’etapa conceptual i els components bàsics dels xips fotònics continuen sent dispositius híbrids electro-òptics que utilitzen llum per a la conducció i l’electricitat per al control. A partir de la modulació optoelectrònica, la Universitat de Tsinghua va llançar el xip Taiji II a l’agost d’aquest any, aconseguint la formació en línia de xarxes neuronals òptiques sense necessitat d’una GPU.
Mitjançant la integració de dispositius híbrids electro-òptics, tot el procés de modulació, transmissió i demodulació entre senyals òptics i senyals elèctrics s’integra en un sol substrat. Això forma la base per al processament de dades d’alta velocitat en xips. Gràcies a l’avantatge de la mida de la longitud d’ona de les ones de llum, es poden fabricar xips fotònics mitjançant processos madurs amb longituds d’ona tan petites com un cent nanòmetres, permetent una producció domèstica completa d’aquests xips.
On s’utilitzaran els xips de fotons?
Com he dit, els xips fotònics tenen el potencial de trencar -se a través del coll d'ampolla de potència informàtica de xips electrònics. A més, quines altres àrees es poden utilitzar?
És ben sabut que la velocitat de la llum és la més ràpida coneguda a l’univers. Aprofitant les característiques de transmissió d’alta velocitat de la llum, el primer que em ve al cap amb xips fotònics és la transferència de dades d’ultra velocitat. "Xarxa de fibra òptica + xip fotònic" significa una nova era de comunicació d'alta velocitat. A més, la resistència a la interferència dels xips fotònics també permet que el radar fotònic es converteixi en realitat.
L’aplicació de xips fotònics en altres camps també és prometedora. Per exemple, en biomedicina, es poden utilitzar xips fotònics per a la imatge òptica i l’anàlisi espectroscòpica, permetent una detecció i anàlisi ràpides de cèl·lules, teixits i fàrmacs. En el seguiment del medi ambient, els xips fotònics es poden aplicar als sensors de gas i al seguiment de la contaminació, fent que el control i l’avaluació de la qualitat ambiental en temps real siguin més eficients.
Els xips informàtics òptics comencen a sortir del laboratori i els científics esperen que després d’una sèrie d’esforços d’enginyeria, els xips fotònics comercials es puguin produir de manera estable tan aviat com sigui possible. Això significa que el cost dels xips fotònics pot ser àmpliament acceptat per la indústria.
