1965. aastal pakkus Inteli kaasasutaja Gordon Moore välja Moore'i seaduse, ennustades, et kiibide transistoride tihedus kahekordistub iga 18–24 kuu tagant.Pärast aastakümneid kestnud arengut on ränipõhised elektroonilised kiibid siiski nende võimete füüsikaliste teoreetiliste piiride läheduses.
Fotooniliste kiipide tekkimist peetakse võtmeks Moore'i seaduse piirangute läbimiseks.
Hiljuti töötas Hongkongi linnaülikooli dotsent Wang Cheng koostöös Hongkongi Hiina ülikooli teadlastega välja mikrolaineahjus fotoonilise kiibiga, kasutades platvormina liitium -niobaati.See kiib protsessi annab signaali kiiremini ja tarbib vähem energiat, kasutades optikat ultra-analoogse elektroonilise signaalitöötluse ja arvutamiseks.
Uurimistöö avaldati filmis "Nature" 29. veebruaril.Teadaolevalt on integreeritud liitium -niobaadi mikrolainete fotoonilised kiibid mitte ainult 1000 korda kiirem kui traditsioonilised elektroonilised protsessorid, vaid neil on ka üliala töötlemisribalaius ja äärmiselt kõrge arvutuslik täpsus, madalama energiatarbimisega.
Fotooniliste kiipide kontseptsioon pole enam võõras ja uute tehnoloogiate valdkonnas on sageli tekkinud uued tehnoloogiad.Näiteks 2022. aasta detsembris pakkus Shanghai Jiao Jiao Tongi ülikooli elektroonilise teabe- ja elektrotehnika kooli professor Zou Weiweni juhitud meeskond välja uuendusliku idee, mis ristub arvutusliku teadusega.Nad töötasid välja uut tüüpi fotoonilise tensor-töötlemise kiibi, mis on võimeline kiireks tensor-konvolutsioonoperatsioonideks.Tulemused avaldati jaotises "Nature" pealkirja all "Integreeritud fotooniliste kiipide põhjal suure järgu tensorvoogude töötlemine".
Lisaks on Hiina teadlased teinud märkimisväärset läbimurdeid fotooniliste integreeritud vooluringide, fotooniliste transistoride ja optilise arvutamise korral.Need saavutused ei näita mitte ainult Hiina tugevust fotooniliste kiibitehnoloogias, vaid annavad ka olulise panuse globaalse fotoonilise kiibitööstuse arengusse.
Viimase kümnendi jooksul on fotooniline tehnoloogia muutunud järgmise põlvkonna infotehnoloogia, tehisintellekti, nutikate sõidukite ja tervishoiu keskpunktiks.Seda peetakse ka üheks peamiseks tehnoloogiaks, mis on seotud rahvusvahelise turu juhtiva positsiooni säilitamiseks seotud riikide poolt.
Lihtsamalt öeldes on fotooniline kiip kiip, mis kasutab optilisi signaale andmete hankimiseks, edastamiseks, arvutamiseks, salvestamiseks ja kuvamiseks.Fotoonilised kiibid on praegusel ajastul väga ihaldatud peamiselt kahe eelise tõttu: jõudlus ja tootmine.
Eelis 1: suur arvutamiskiirus, väike energiatarve ja madal latentsus
Võrreldes traditsiooniliste elektrooniliste kiipidega on fotoonilistel kiipidel palju eeliseid, peamiselt kiire ja vähese energiatarbimise osas.Optilised signaalid edastavad valguse kiirusel, kiiruse suurenemisel;Ideaalis arvutavad fotoonilised kiibid umbes 1000 korda kiiremini kui elektroonilised kiibid.Fotoniline arvutamine tarbib vähem energiat, optilise arvutuse energiatarve on eeldatavasti nii madal kui 10^-18 džauli bitti kohta (10^-18 j/bit).Sama energiatarbimise korral on fotoonilised seadmed sadu kordi kiirem kui elektroonilised seadmed.
Lisaks on valgusel loomulik võime paralleelseks töötlemiseks ja küpseks lainepikkuse jagamise multipleksimistehnoloogiaks, suurendades oluliselt andmetöötlusvõimsust, salvestusruumi ja ribalaiust fotoonilistest kiipidest.Kerge lainete sagedus, lainepikkus, polarisatsiooni olek ja faas võivad kujutada erinevaid andmeid ning valgused ei sega ristumisel üksteist.Need omadused muudavad footonid paralleelsel arvutusel vilunud, sobitudes hästi kunstlike närvivõrkudega, kus suurem osa arvutusprotsessist hõlmab "maatriksi korrutamist".
Üldiselt on fotooniliste kiipide arv suur arvutuskiirus, väike energiatarve ja madal latentsus ning need on vähem vastuvõtlikud temperatuuri, elektromagnetiliste väljade ja müra muutustele.
Eelis 2: madalamad tootmisnõuded
Erinevalt integreeritud vooluahela kiipidest on fotooniliste kiipide tootmisnõuded suhteliselt madalamad.Suurimad tehnilised tõkked seisnevad epitaksiaalse disaini ja tootmise osas.Valguse tehnoloogilisel viisil on eeliseid nagu kiire kiirus, väike energiatarbimine ja krossiivastane, võimaldades sellel asendada paljusid elektroonika funktsioone.
Hiina Xintongi mikroelektroonika tehnoloogia (Beijing) Co., Ltd. president Sui Jun, ütles kord: "Fotooniline kiibid ei pea kasutama eriti tipptasemel litograafiamasinaid nagu Extreme Ultraviolet (EUV) litograafiamasinad, mida on vaja elektrooniliste laastude jaoks. Saame elektrooniliste laastude jaoks vajalikud.toota neid suhteliselt küpsete kodumaiste materjalide ja seadmete abil. "
Mis puutub sellest, kas fotoonilised kiibid asendavad elektroonilisi laastu, on oluline mõista praeguseid kitsaskohti elektrooniliste kiipidega.
Esimene väljakutse elektrooniliste kiipide jaoks on Moore'i seaduse piirang.Viimase ligi 50 aasta jooksul võib transistoride tihedus kahekordistada iga 18-20 kuu tagant, kuid füüsilisest vaatepunktist on aatomi suurus ligi 0,3 nanomeetrit.Kui pooljuhtide protsess jõuab 3 nanomeetrini, on see füüsilisele piirile väga lähedal, muutes peaaegu võimatu kahekordistumist iga 18-20 kuu tagant.