Nel 1965, Gordon Moore, co-fondatore di Intel, propose la legge di Moore, prevedendo che la densità dei transistor sui chips raddoppierebbe ogni 18-24 mesi.Tuttavia, dopo decenni di sviluppo, i chip elettronici a base di silicio si stanno avvicinando ai limiti teorici fisici delle loro capacità.
L'emergere di chip fotonici è visto come un modo chiave per sfondare i limiti della legge di Moore.
Di recente, un team guidato dal professor associato Wang Cheng della City University di Hong Kong, in collaborazione con ricercatori dell'Università cinese di Hong Kong, ha sviluppato un chip fotonico a microonde utilizzando il nioba di litio come piattaforma.Questo chip elabora più velocemente e consuma meno energia, utilizzando l'ottica per l'elaborazione e il calcolo del segnale elettronico analogico ultra-veloce.
La ricerca è stata pubblicata in "Nature" il 29 febbraio.È stato riferito che i chip fotonici integrati a microonde a microonde di niobate non sono solo 1000 volte più veloci dei tradizionali processori elettronici, ma hanno anche una larghezza di banda di elaborazione super ampia e una precisione computazionale estremamente elevata, con un consumo di energia inferiore.
Il concetto di chip fotonica non è più sconosciuto e nuove tecnologie nel campo dei chip fotonici stanno emergendo frequentemente.Ad esempio, nel dicembre 2022, un team guidato dal professor Zou Weiwen del Dipartimento di Ingegneria Elettronica della School of Electronic Information and Electrical Engineering della Shanghai Jiao Tong University ha proposto un'idea innovativa che interseca la fotonica con la scienza computazionale.Hanno sviluppato un nuovo tipo di chip di elaborazione del tensore fotonico capace di operazioni di convoluzione del tensore ad alta velocità.I risultati sono stati pubblicati in "Nature" con il titolo "Elaborazione del flusso di tensore di alto ordine basato su chip fotonico integrati".
Inoltre, i ricercatori cinesi hanno realizzato notevoli scoperte nei circuiti integrati fotonici, nei transistor fotonici e nel calcolo ottico.Questi risultati non solo dimostrano la forza della Cina nella tecnologia dei chip fotonici, ma danno anche un contributo significativo allo sviluppo dell'industria globale dei chip fotonici.
Nell'ultimo decennio, la tecnologia fotonica è diventata un punto focale per la prossima generazione di tecnologia dell'informazione, intelligenza artificiale, veicoli intelligenti e assistenza sanitaria.È anche considerata una delle tecnologie chiave per mantenere una posizione di leader nel mercato internazionale da parte dei paesi correlati.
In poche parole, un chip fotonico è un chip che utilizza segnali ottici per l'acquisizione dei dati, la trasmissione, il calcolo, la memoria e la visualizzazione.I chip fotonici sono molto ricercati nell'era attuale principalmente a causa di due vantaggi: prestazioni e produzione.
Vantaggio 1: alta velocità di calcolo, basso consumo di energia e bassa latenza
Rispetto ai chip elettronici tradizionali, i chip fotonici presentano molti vantaggi, principalmente in termini di alta velocità e basso consumo energetico.I segnali ottici trasmettono alla velocità della luce, aumentando notevolmente la velocità;Idealmente, i chip fotonici calcolano circa 1000 volte più velocemente dei chip elettronici.Il calcolo fotonico consuma meno energia, con il consumo energetico del calcolo ottico che dovrebbe essere a partire da 10^-18 joule per bit (10^-18 j/bit).Con lo stesso consumo di energia, i dispositivi fotonici sono centinaia di volte più veloci dei dispositivi elettronici.
Inoltre, la luce ha una naturale capacità di elaborazione parallela e tecnologia multiplexing della divisione di lunghezza d'onda matura, migliorando notevolmente la capacità di elaborazione dei dati, l'archiviazione e la larghezza di banda dei chip fotonici.La frequenza, la lunghezza d'onda, lo stato di polarizzazione e la fase delle onde di luce possono rappresentare dati diversi e percorsi di luce non interferiscono tra loro durante l'incrocio.Queste caratteristiche rendono i fotoni abili nel calcolo parallelo, adattandosi bene alle reti neurali artificiali, in cui la maggior parte del processo di calcolo coinvolge la "moltiplicazione della matrice".
Nel complesso, i chip fotonici presentano un'elevata velocità di calcolo, un basso consumo di energia e una bassa latenza e sono meno suscettibili alle variazioni di temperatura, campi elettromagnetici e rumore.
Vantaggio 2: requisiti di produzione inferiori
A differenza dei chip a circuiti integrati, i chip fotonici hanno requisiti di produzione relativamente più bassi.Le più alte barriere tecniche si trovano nella progettazione e produzione epitassiale.La via tecnologica della luce presenta vantaggi come l'alta velocità, il basso consumo di energia e l'anti-cestak, consentendole di sostituire molte funzioni dell'elettronica.
Sui Jun, presidente della Xintong Microelectronics Technology (Beijing) Co., Ltd., una volta dichiarata, "I chip fotonici non devono utilizzare macchine litografiche estremamente di fasciaProducili utilizzando materiali e attrezzature domestici relativamente maturi. "
Per quanto riguarda se i chip fotonici sostituiranno i chip elettronici, è importante comprendere gli attuali colli di bottiglia di fronte a chip elettronici.
La prima sfida per i chip elettronici è la limitazione della legge di Moore.Negli ultimi quasi 50 anni, la densità dei transistor potrebbe raddoppiare ogni 18-20 mesi, ma dal punto di vista fisico, la dimensione di un atomo è vicino a 0,3 nanometri.Quando il processo di semiconduttore raggiunge 3 nanometri, è molto vicino al limite fisico, rendendo quasi impossibile continuare a raddoppiare ogni 18-20 mesi.