En 1965, Gordon Moore, cofundador de Intel, propuxo a lei de Moore, predicindo que a densidade de transistores en chips duplicaría cada 18 a 24 meses.Non obstante, despois de décadas de desenvolvemento, os chips electrónicos a base de silicio están preto dos límites teóricos físicos das súas capacidades.
A aparición de chips fotónicos é vista como un xeito clave de romper as limitacións da lei de Moore.
Recentemente, un equipo dirixido polo profesor asociado Wang Cheng da Universidade da cidade de Hong Kong, en colaboración con investigadores da Universidade chinesa de Hong Kong, desenvolveu un chip fotónico de microondas usando o litio Niobate como plataforma.Este chip procesa os sinais máis rápido e consume menos enerxía, empregando ópticas para o procesamento e computación de sinal electrónicos analóxicos ultra-rápidos.
A investigación publicouse en "Nature" o 29 de febreiro.Infórmase que os chips fotónicos de microondas de niobato de litio integrado non só son 1000 veces máis rápidos que os procesadores electrónicos tradicionais, senón que tamén teñen un ancho de banda de procesamento moi amplo e unha precisión computacional extremadamente alta, con menor consumo de enerxía.
O concepto de chips fotónicos xa non é descoñecido e as novas tecnoloxías no campo das fichas fotónicas están a xurdir con frecuencia.Por exemplo, en decembro de 2022, un equipo dirixido polo profesor Zou Weiwen do Departamento de Enxeñaría Electrónica da Escola de Información Electrónica e Enxeñaría Eléctrica da Universidade de Shanghai Jiao Tong propuxo unha idea innovadora que intersecta a fotónica coa ciencia computacional.Desenvolveron un novo tipo de chip de procesamento de tensores fotónicos capaces de operacións de convolución de tensores de alta velocidade.Os resultados publicáronse en "Nature" baixo o título "Procesamento de fluxos de tensores de alta orde baseado en chips fotónicos integrados".
Ademais, os investigadores chineses realizaron importantes avances en circuítos integrados fotónicos, transistores fotónicos e informática óptica.Estes logros non só demostran a forza de China na tecnoloxía de chip fotónico, senón que tamén contribúen significativamente ao desenvolvemento da industria de chip fotónica global.
Na última década, a tecnoloxía fotónica converteuse nun punto focal para a próxima xeración de tecnoloxía da información, intelixencia artificial, vehículos intelixentes e asistencia sanitaria.Tamén se considera unha das tecnoloxías clave para manter unha posición de liderado no mercado internacional por países relacionados.
Simplificando, un chip fotónico é un chip que usa sinais ópticos para adquisición de datos, transmisión, computación, almacenamento e pantalla.Os chips fotónicos son moi buscados na era actual debido a dúas vantaxes: rendemento e fabricación.
Vantaxe 1: alta velocidade de computación, baixo consumo de enerxía e baixa latencia
En comparación cos chips electrónicos tradicionais, os chips fotónicos teñen moitas vantaxes, principalmente en termos de alta velocidade e baixo consumo de enerxía.Os sinais ópticos transmiten á velocidade da luz, aumentando moito a velocidade;O ideal sería que os chips fotónicos calculen aproximadamente 1000 veces máis rápido que as patacas electrónicas.A computación fotónica consume menos enerxía, co consumo de enerxía de computación óptica que se espera que sexa tan baixo como 10^-18 joules por bit (10^-18 j/bit).Co mesmo consumo de enerxía, os dispositivos fotónicos son centos de veces máis rápido que os dispositivos electrónicos.
Ademais, a luz ten unha capacidade natural para o procesamento paralelo e a tecnoloxía de multiplexación de división de lonxitude de onda madura, aumentando enormemente a capacidade de procesamento de datos, o almacenamento e o ancho de banda de chips fotónicos.A frecuencia, a lonxitude de onda, o estado de polarización e a fase das ondas de luz poden representar datos diferentes, e os camiños lixeiros non interfiren entre si ao cruzar.Estas características fan que os fotóns sexan adeptos na informática paralela, encaixando ben con redes neuronais artificiais, onde a maior parte do proceso informático implica "multiplicación de matrices".
En xeral, os chips fotónicos presentan alta velocidade de computación, baixo consumo de enerxía e baixa latencia e son menos susceptibles a cambios na temperatura, campos electromagnéticos e ruído.
Vantaxe 2: menores requisitos de fabricación
A diferenza dos chips de circuítos integrados, os chips fotónicos teñen requisitos de fabricación relativamente máis baixos.As máis altas barreiras técnicas están no deseño e fabricación epitaxial.A vía tecnolóxica da luz ten vantaxes como a alta velocidade, o consumo de enerxía baixa e o anti-crosstalk, permitíndolle substituír moitas funcións da electrónica.
Sui Jun, presidente da Tecnoloxía de Microelectronics Xinong de China (Pequín) Co., Ltd., unha vez afirmado: "Os chips fotónicos non precisan empregar máquinas de litografía extremadamente alta como Ultravioleta extrema (EUV) de litografía necesarias para chips electrónicos.Prodúceos empregando materiais e equipos domésticos relativamente maduros ".
En canto a se os chips fotónicos substituirán os chips electrónicos, é importante comprender os pescozos actuais que enfrontan as patacas electrónicas.
O primeiro reto para os chips electrónicos é a limitación da lei de Moore.Nos últimos 50 anos, a densidade de transistores podería duplicar cada 18-20 meses, pero desde o punto de vista físico, o tamaño dun átomo está preto de 0,3 nanómetros.Cando o proceso de semicondutores chega a 3 nanómetros, está moi preto do límite físico, polo que é case imposible seguir duplicando cada 18-20 meses.