"Вы верите в свет?" Если энтузиаст чипа задает вам этот вопрос, это не то, что он внезапно ультраман. Это то, что он начинает замечать, что «свет» начинает разжигать мир чипсов.
Нобелевская премия в области физики 2023 года была присуждена «асимметричной технологии световой импульсы», и «как использовать свет для расчета» также стала важной темой в отрасли и академиях. Может ли свет, который естественно быстр, завершить обновление «инфраструктуры» интеллектуального мира в эпоху искусственного интеллекта с невероятной скоростью?
Фотоны вступают на электроны
По сравнению с более традиционными электронными чипами, фотонные чипы представляют собой новый тип чипов, которые используют свойства фотонов для расчета.
По сути, чипы полагаются на физические свойства полупроводниковых материалов для манипулирования микроскопическими частицами, которые несут информацию, но в разных типах чипов используются различные носители частиц. «Фотонные чипы используют фотоны для генерации, обработки, передачи и отображения информации», - сказал Лей Ми, основатель China Innovation Star.
По сравнению с электронами преимущества фотонов очевидны: они имеют очень быстрое время отклика для передачи информации, 3-4 на более высоких емкости информации, чем электроны, сильное хранилище, вычислительные и даже параллельные возможности взаимодействия, и потребление энергии сверхлай.
Теперь, с появлением эпохи искусственного интеллекта, спрос на вычислительную власть растет. Тем не менее, развитие электронных чипов достигло предела физических и экономических затрат, и постоянно слышат «неспособность закона Мура».
Электронные чипы основаны на кремнии, а атомы кремния имеют диаметр около 0. 22 нанометров. Когда процесс уменьшается до ниже 7 нанометров, электронные чипы очень подвержены электрическим всплескам и проблемам с расщеплением электронов, что затрудняет управление электронами. В волне крупных моделей, возникших в 2023 году, недостатки традиционных электронных чипов стали очевидными.
Photonics Chips Встречайте новый рассвет. Они не только обещают решить непреодолимые проблемы энергопотребления и доступа к памяти в электронных чипах, но и привести к многочисленным инновационным сценариям применения. В соответствии с этим, оптические пути заменяют электрические цепи, а лазерные источники занимают место питания ... Устранение необходимости фотоэлектрического преобразования, можно обойти существующие физические ограничения и пробить вычислительное узкое место чипсов. В настоящее время конкуренция в этой области уже началась среди ведущих исследовательских институтов как внутри страны, так и на международном уровне.
В апреле этого года исследовательская группа из Университета Цинхуа впервые разработала распределенную архитектуру оптической вычислительной техники в мире. Они разработали фотонный чип -- «Тайджи» для усовершенствованных задач AI, которые имеют энергоэффективность на 2 до 3 порядков выше, чем у существующих интеллектуальных чипов, и может обеспечить поддержку вычислительной мощности для таких задач, как интеллектуальный анализ больших сцен и обучение и обоснование больших моделей.
В мае исследовательская группа в Шанхайском институте микросистемы и информационных технологий китайской академии наук разработала гетероинтегрированную пластину лития, которая также впервые использовалась для создания высокопроизводительных и массовых фотонных чипсов.
Фотонский чип действительно не так далеко?
Как приручить свет?
В дополнение к будущему, давайте больше подумаем о том, как работают чипсы фотоники?
Электронный чип состоит из электронного транзистора и проводящего медного провода. Фотонный чип состоит из фотонного транзистора и волновода, который проводит свет. Волновой ими является средой для распространения света, например, знакомого оптического волокна.
Согласно их функциям, фотонные чипсы можно разделить на две категории: лазерные чипы и чипсы детектора. Лазерные чипы необходимо использовать электрическую энергию инъецированного тока с помощью полупроводниковых материалов, чтобы реализовать преобразование электричества и света. Чипы детектора идентифицируют оптические сигналы с помощью фотоэлектрического эффекта и преобразуют их в электрические сигналы.
Как управлять световым выводом? В идеале это было бы полностью оптическим транзисторным управлением и контролируемым светом. Тем не менее, технология еще не взрослой; Чистые фотонные чипы все еще находятся на концептуальной стадии, а основные компоненты фотонных чипов по-прежнему представляют собой электрооптические гибридные устройства, которые используют свет для вождения и электричества для управления. Основываясь на оптоэлектронной модуляции, Университет Цинхуа запустил чип Taiji II в августе этого года, достигнув онлайн -обучения оптических нейронных сетей без необходимости в графическом процессоре.
Благодаря интеграции электрооптических гибридных устройств весь процесс модуляции, пропускания и демодуляции между оптическими сигналами и электрическими сигналами интегрируется на одну субстрат. Это формирует основу для высокоскоростной обработки данных в чипах. Благодаря преимуществу по размеру длины волны световых волн, фотонные чипсы могут быть изготовлены с использованием зрелых процессов с длинными длины волн, как сотня нанометров, что позволяет полноценному внутреннему производству этих чипов.
Где будут использоваться чипсы фотонов?
Как я уже сказал, фотонные чипы имеют потенциал, чтобы прорваться через узкое место на вычислительной мощности электронных чипсов. Кроме того, какие другие области могут быть использованы?
Хорошо известно, что скорость света является самой быстрой известной во вселенной. Используя высокоскоростные характеристики передачи света, первое, что приходит на ум с фотонными чипами,-это сверхскоростная передача данных. «Офизовая сеть + фотонная чип» означает новую эру высокоскоростной связи. Более того, интерференционное сопротивление фотонных чипсов также позволяет фотонному радару стать реальностью.
Применение фотонных чипов в других областях также является многообещающим. Например, в биомедицине фотонные чипы могут использоваться для оптической визуализации и спектроскопического анализа, обеспечивая быстрое обнаружение и анализ клеток, тканей и лекарств. В мониторинге окружающей среды фотонные чипы могут быть применены к газовым датчикам и мониторингу загрязнения, что делает более эффективным мониторингом в реальном времени и оценке качества окружающей среды.
Оптические вычислительные чипы начинают выходить из лаборатории, и ученые надеются, что после серии инженерных усилий коммерческие фотонные чипы могут быть созданы стабильными способами как можно скорее. Это означает, что стоимость фотонных чипсов может быть широко принята отраслью.
