"Uskotko valoon?" Jos sirun harrastaja kysyy sinulta tätä kysymystä, ei ole niin, että hän olisi yhtäkkiä ultramanin fani. Se on, että hän alkaa huomata, että "valo" alkaa herättää sirumaailmaa.
Fysiikan vuoden 2023 Nobel -palkinto myönnettiin "epäsymmetriselle kevyelle pulssitekniikalle", ja "kuinka valon laskemiseen" on tullut myös tärkeä aihe alalla ja yliopistoissa. Voiko valo, joka on luonnollisesti nopea, suorittaa älykkään maailman "infrastruktuurin" päivittäminen tekoälyn aikakaudella uskomattomalla nopeudella?
Fotonit ottavat haltuunsa elektronit
Verrattuna perinteisiin elektronisiin siruihin, fotoniset sirut ovat uuden tyyppisiä siruja, jotka käyttävät fotonien ominaisuuksia laskemaan.
Pohjimmiltaan sirut luottavat puolijohdemateriaalien fysikaalisiin ominaisuuksiin manipuloidakseen tietoa kuljettavia mikroskooppisia hiukkasia, mutta erityyppiset sirut käyttävät erilaisia hiukkasten kantajia. "Fotoniset sirut käyttävät fotoneja luodakseen, prosessoimaan, lähettämään ja näyttämään tietoja", sanoi Kiinan innovaatiotähden perustajakumppani Lei Mi.
Elektroniin verrattuna fotonien edut ovat ilmeisiä: niillä on erittäin nopea vasteaika tiedonsiirtoon, 3-4 suuruusluokkaa suurempi tietokapasiteetti kuin elektronit, vahva varastointi, tietojenkäsittely ja jopa rinnakkaiset yhdistämisominaisuudet ja ultra-vähäiset energiankulutukset ... On itsestään selvää, mitä nämä edut tarkoittavat tietoteollisuudelle.
Nyt keinotekoisen älykkyyden myötä laskentavoiman kysyntä kasvaa. Sähköisten sirujen kehitys on kuitenkin saavuttanut fyysisten ja taloudellisten kustannusten rajan, ja "Mooren lain epäonnistuminen" kuuluu jatkuvasti.
Elektroniset sirut perustuvat piisiin, piidiatomien kanssa, joiden halkaisija on noin 0. 22 nanometriä. Kun prosessi on alennettu alle 7 nanometriin, elektroniset sirut ovat erittäin alttiita sähköisille ja elektronien hajoamisongelmille, mikä vaikeuttaa elektronien täydellistä hallintaa. Vuonna 2023 syntyneiden suurten mallien aaltossa perinteisten elektronisten sirujen puutteet ovat ilmeisiä.
Fotonics Chips julistavat uuden aamunkoitteen. He eivät vain lupaa puuttua ylitsepääsemättömiin virrankulutuksen ja muistin pääsyn haasteisiin elektronisissa siruissa, vaan myös aiheuttaa lukuisia innovatiivisia sovellusskenaarioita. Tämän mukaisesti optiset polut korvaavat sähköpiirit ja laserlähteet korvaavat virtalähteet ... poistamalla valosähköisen muuntamisen tarve, on mahdollista ohittaa olemassa olevat fyysiset rajat ja murtautua sirujen laskennallisen pullonkaulan läpi. Tällä hetkellä kilpailu tällä alalla on jo alkanut parhaiden tutkimuslaitosten joukossa sekä kotimaassa että kansainvälisesti.
Tämän vuoden huhtikuussa Tsinghuan yliopiston tutkimusryhmä oli edelläkävijä hajautetun leveyden älykkään optisen tietotekniikan arkkitehtuurissa maailmassa. He suunnittelivat fotonisen sirun -- "Taiji" edistyneille AI -tehtäville, joilla on energiatehokkuus 2–3 suuruusluokkaa korkeammat kuin olemassa olevien älykkäiden sirujen, ja voivat tarjota laskentavoiman tukea tehtäville, kuten älykkäille analyyseille suurista kohtauksista ja suurten mallien koulutuksesta ja perusteluista.
Kiinan tiedeakatemian Shanghain mikrosysteemin ja tietotekniikan instituutin tutkimusryhmä kehitti toukokuussa litium-tantalaatin hetero-integroituneen kiekon, jota käytettiin myös ensimmäistä kertaa korkean suorituskyvyn ja massatuotannon fotonisten sirujen tekemiseen.
Onko fotonisiru todella kaukana?
Kuinka kesyttää valoa?
Ajattelemme tulevaisuuden innolla tulevaisuuden lisäksi, kuinka fotoniikan sirut toimivat?
Elektroninen siru koostuu elektronisesta transistorista ja johtavasta kuparilangasta. Fotoninen siru koostuu fotonisesta transistorista ja aaltojohdosta, joka johtaa valoa. Aaltojohto on väliaine valon etenemiselle, kuten tuttu optinen kuitu.
Heidän toimintojensa mukaan fotoniset sirut voidaan jakaa kahteen luokkaan: laserpiirit ja ilmaisimen sirut. Laser -sirujen on käytettävä puolijohdemateriaalin injektoidun virran sähköenergiaa sähkön ja valon muuntamisen toteuttamiseksi. Detektori -sirut tunnistavat optiset signaalit fotoelektrisen vaikutuksen kautta ja muunna ne sähkösignaaleiksi.
Kuinka ohjata valonlähtöä? Ihannetapauksessa se olisi täysin optinen transistori, jota ohjataan ja hallitsee valolla. Teknologia ei kuitenkaan ole vielä kypsä; Puhtaat fotoniset sirut ovat edelleen käsitteellisessä vaiheessa, ja fotonisten sirujen peruskomponentit ovat edelleen sähköoptisia hybridilaitteita, jotka käyttävät valoa ajamiseen ja sähköän hallintaan. Optoelektronisen modulaation perusteella Tsinghua -yliopisto käynnisti Taiji II -sirun tämän vuoden elokuussa saavuttaen optisten hermostoverkkojen online -koulutuksen ilman GPU: ta.
Integroimalla sähköoptiset hybridilaitteet, koko substraatin koko modulaatio-, siirto- ja demodulaatioprosessi optisten signaalien ja sähköisten signaalien välillä. Tämä muodostaa perustan suurnopeuden tietojenkäsittelylle siruissa. Valon aaltojen aallonpituuden koon edun ansiosta fotoniset sirut voidaan valmistaa käyttämällä kypsiä prosesseja, joiden aallonpituudet ovat yhtä pieniä kuin sata nanometriä, mikä mahdollistaa näiden sirujen täydellisen kotimaisen tuotannon.
Missä fotonisiruja käytetään?
Kuten totesin, fotoniset sirut voivat murtaa elektronisten sirujen laskentavoiman pullonkaulan. Lisäksi mitä muita alueita niitä voidaan käyttää?
On hyvin tiedossa, että valon nopeus on maailmankaikkeuden nopeimmin tunnettu. Hyödyntämällä valon nopeaa siirtoominaisuuksia, ensimmäinen asia, joka mieleen tulee fotonisilla siruilla, on erittäin nopea tiedonsiirto. "Fiber Optic Network + Fotonic Chip" tarkoittaa uutta nopeaa viestinnän aikakautta. Lisäksi fotonisten sirujen häiriövastus mahdollistaa myös fotonisen tutkan tulemisen todellisuudeksi.
Fotonisten sirujen levitys muilla aloilla on myös lupaava. Esimerkiksi biolääketieteessä fotonisia siruja voidaan käyttää optiseen kuvantamiseen ja spektroskooppiseen analyysiin, mikä mahdollistaa solujen, kudosten ja lääkkeiden nopean havaitsemisen ja analysoinnin. Ympäristön seurannassa fotonisia siruja voidaan soveltaa kaasusantureihin ja pilaantumisen seurantaan, mikä tekee reaaliaikaisesta seurannasta ja ympäristön laadun arvioinnista.
Optiset tietotekniikan sirut ovat alkaneet muuttaa laboratoriosta, ja tutkijat toivovat, että tekniikan ponnistelujen jälkeen kaupallisia fotonisia siruja voidaan tuottaa vakaasti mahdollisimman pian. Tämä tarkoittaa, että teollisuus voi hyväksyä fotonisten sirujen kustannukset laajalti.
