"Czy wierzysz w światło?" Jeśli entuzjasta chipów zadaje ci to pytanie, nie jest tak, że nagle jest fanem Ultramana. Chodzi o to, że zauważa, że „światło” zaczyna wzbudzać świat chipów.
Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki 2023 została przyznana „asymetrycznej technologii impulsów światła”, a „jak używać światła do obliczenia”, stał się również ważnym tematem w branży i środowisku akademickim. Czy światło, które jest naturalnie szybkie, może zakończyć modernizację „infrastruktury” inteligentnego świata w erze sztucznej inteligencji z niesamowitą prędkością?
Fotony przejmują elektrony
W porównaniu z bardziej tradycyjnymi układami elektronicznymi, fotoniczne układy są nowym rodzajem układów, które wykorzystują właściwości fotonów do obliczenia.
Zasadniczo układy polegają na fizycznych właściwościach materiałów półprzewodnikowych w celu manipulowania mikroskopijnymi cząstkami, które niosą informacje, ale różne typy układów wykorzystują różne nośniki cząstek. „Photoniczne układy używają fotonów do generowania, przetwarzania, przekazywania i wyświetlania informacji” - powiedział Lei Mi, partner założyciel China Innovation Star.
W porównaniu z elektronami zalety fotonów są oczywiste: mają bardzo szybki czas reakcji na transmisję informacyjną, 3-4 rzędów wielkości wyższej pojemności informacyjnej niż elektrony, silne przechowywanie, obliczenia, a nawet równoległe możliwości wzajemnych połączeń oraz ultra-niskie zużycie energii ... jest to oczywiste, jakie potencjalne zalety dla tych zalet dla informacji.
Teraz, wraz z nadejściem wieku sztucznej inteligencji, rośnie zapotrzebowanie na władzę obliczeniową. Jednak rozwój układów elektronicznych osiągnął granicę kosztów fizycznych i ekonomicznych, a „niepowodzenie prawa Moore'a” jest stale słyszane.
Chipsy elektroniczne oparte są na krzemowym, a atomy krzemu mają średnicę około 0. 22 nanometry. Gdy proces zostanie zmniejszony do poniżej 7 nanometrów, układy elektroniczne są wysoce podatne na wzrosty elektryczne i problemy z rozpadem elektronów, co utrudnia doskonałe kontrolowanie elektronów. W fali dużych modeli, które pojawiły się w 2023 r., Wady tradycyjnych układów elektronicznych stały się widoczne.
Photonics Chips zwiastunik nowego świtu. Obiecują nie tylko rozwiązanie nie do pokonania wyzwań związanych z zużyciem energii i dostępu do pamięci w układach elektronicznych, ale także powodują wiele innowacyjnych scenariuszy aplikacji. Zgodnie z tym, ścieżki optyczne zastępują obwody elektryczne, a źródła laserowe zajmują miejsce zasilaczy ... eliminując potrzebę konwersji fotoelektrycznej, możliwe jest ominięcie istniejących ograniczeń fizycznych i przebijanie obliczeniowego wąskiego gardła. Obecnie konkurencja w tej dziedzinie rozpoczęła się już wśród najlepszych instytucji badawczych zarówno w kraju, jak i za granicą.
W kwietniu tego roku zespół badawczy z Uniwersytetu Tsinghua był pionierem rozproszonej inteligentnej architektury komputerowej na świecie. Zaprojektowali układ fotoniczny -- „taiji” dla zaawansowanych zadań AI, który ma efektywność energetyczną 2 do 3 rzędów wielkości wyższą niż istniejące inteligentne układy, i może zapewnić wsparcie mocy obliczeniowej dla zadań, jak inteligentna analiza dużych scen i treningu i rozumowania dużych modeli.
W maju zespół badawczy w Szanghajskim Instytucie Microsystemu i technologii informacyjnej chińskiej Akademii Nauk opracowało heterointegrowany wafel litowy zintegrowany wafel, który był również używany po raz pierwszy w celu uzyskania wysokowydajnych i masowo wyprodukowanych chipsów fotonicznych.
Czy chip fotonowy jest naprawdę daleko?
Jak oswoić światło?
Oprócz oczekujących na przyszłość zastanówmy się więcej o tym, jak działają żetony fotoniczne?
Chip elektroniczny składa się z elektronicznego tranzystora i przewodzącego drutu miedzianego. Chip fotoniczny składa się z fotonicznego tranzystora i falowodu, który prowadzi światło. Faluel jest medium do propagacji światła, takiego jak znane światłowód.
Zgodnie z ich funkcjami chipsy fotoniczne można podzielić na dwie kategorie: wióry laserowe i układy detektora. Chipsy laserowe muszą wykorzystać energię elektryczną prądu wstrzykniętego za pomocą materiałów półprzewodnikowych, aby zrealizować konwersję elektryczności i światła. Chipy detektora identyfikują sygnały optyczne za pomocą efektu fotoelektrycznego i przekształcają je w sygnały elektryczne.
Jak kontrolować wyjście światła? Idealnie byłoby to w pełni optyczne tranzystor napędzany i kontrolowany przez światło. Jednak technologia nie jest jeszcze dojrzała; Czyste frytki fotoniczne są nadal w fazie koncepcyjnym, a podstawowe elementy frytki fotonicznej są nadal elektrooptycznymi urządzeniami hybrydowymi, które wykorzystują światło do jazdy i energii elektrycznej do kontroli. Na podstawie modulacji optoelektronicznej Uniwersytet Tsinghua uruchomił Chip Taiji II w sierpniu tego roku, osiągając szkolenie internetowe optycznych sieci neuronowych bez potrzeby procesora graficznego.
Poprzez integrację elektrooptycznych urządzeń hybrydowych, cały proces modulacji, transmisji i demodulacji między sygnałami optycznymi i sygnałami elektrycznymi jest zintegrowany na jednym podłożu. Stanowi to podstawę szybkiego przetwarzania danych w układach żetonów. Dzięki przewagi wielkości fali fal światowych można wytwarzać przy użyciu dojrzałych procesów o długościach fal tak małych jak sto nanometrów, umożliwiając całkowitą produkcję krajową tych układów.
Gdzie będą używane wióry fotonów?
Jak powiedziałem, frytki fotoniczne mogą przebić się przez wąskie gardło energii obliczeniowej elektronicznych wiórów. Ponadto, jakie inne obszary można ich użyć?
Powszechnie wiadomo, że prędkość światła jest najszybsza znana we wszechświecie. Wykorzystując szybką charakterystykę transmisji światła, pierwszą rzeczą, która przychodzi na myśl przy układach fotonicznych, jest przesyłanie danych ultra-prędkości. „Sieć światłowodowa + chip fotoniczny” oznacza nową erę szybkiej komunikacji. Ponadto odporność na interferencję układów fotonicznych umożliwia również rzeczywistość radaru fotonicznego.
Obiecuje również zastosowanie układów fotonicznych w innych dziedzinach. Na przykład w biomedycynie chipsy fotoniczne mogą być stosowane do obrazowania optycznego i analizy spektroskopowej, umożliwiając szybkie wykrywanie i analizę komórek, tkanek i leków. W monitorowaniu środowiska chipy fotoniczne mogą być stosowane do czujników gazu i monitorowania zanieczyszczeń, zwiększając wydajność monitorowania w czasie rzeczywistym i oceny jakości środowiska.
Optyczne układy obliczeniowe zaczynają wyprowadzać się z laboratorium, a naukowcy mają nadzieję, że po serii wysiłków inżynieryjnych można jak najszybciej wyprodukować komercyjne układy fotoniczne. Oznacza to, że koszt fotonicznych chipów może być powszechnie akceptowany przez przemysł.
