"Işığa inanıyor musun?" Bir çip meraklısı size bu soruyu sorarsa, aniden bir Ultraman hayranı değil. "Işık" ın çip dünyasını karıştırmaya başladığını fark etmeye başlıyor.
2023 Nobel Fizik Ödülü "Asimetrik Işık Nabız Teknolojisi" na verildi ve "Hesaplamak İçin Işık Nasıl Kullanılır" da endüstri ve akademide önemli bir konu haline geldi. Doğal olarak hızlı olan Işık, yapay zeka çağındaki akıllı dünyanın "altyapısının" yükseltilmesini inanılmaz bir hızda tamamlayabilir mi?
Fotonlar elektronlardan devralın
Daha geleneksel elektronik yongalarla karşılaştırıldığında, fotonik yongalar, hesaplamak için fotonların özelliklerini kullanan yeni bir cips türüdür.
Özünde, yongalar, bilgi taşıyan mikroskobik parçacıkları manipüle etmek için yarı iletken malzemelerin fiziksel özelliklerine dayanır, ancak farklı yonga türleri farklı parçacık taşıyıcıları kullanır. China Innovation Star'ın kurucu ortağı Lei Mi, "Fotonik yongalar, bilgileri üretmek, işlemek, iletmek ve sergilemek için foton kullanıyor." Dedi.
Elektronlarla karşılaştırıldığında, fotonların avantajları açıktır: bilgi iletimi için çok hızlı bir tepki süresine, 3-4 büyüklük siparişleri elektronlardan daha yüksek bilgi kapasitesi, güçlü depolama, bilgi işlem ve ultra düşük enerji tüketimi ... Bu avantajların bilgi endüstrisi için hangi potansiyel anlamına gelir.
Şimdi, yapay zeka yaşının ortaya çıkmasıyla, hesaplama gücü talebi artıyor. Bununla birlikte, elektronik yongaların gelişimi fiziksel ve ekonomik maliyet sınırına ulaşmıştır ve "Moore Yasası'nın başarısızlığı" sürekli olarak duyulmaktadır.
Elektronik yongalar silikona dayanır, silikon atomları yaklaşık 0. 22 nanometreye sahiptir. İşlem 7 nanometrenin altına düşürüldüğünde, elektronik yongalar elektriksel dalgalanmalara ve elektron bozulma sorunlarına karşı oldukça hassastır, bu da elektronları mükemmel bir şekilde kontrol etmeyi zorlaştırır. 2023'te ortaya çıkan büyük modellerin dalgasında, geleneksel elektronik yongaların eksiklikleri belirgin hale geldi.
Fotonik fişleri yeni bir şafakta müjdeliyor. Sadece elektronik yongalarda güç tüketimi ve bellek erişiminin aşılmaz zorluklarını ele almaya söz vermekle kalmazlar, aynı zamanda çok sayıda yenilikçi uygulama senaryosuna yol açarlar. Buna uygun olarak, optik yollar elektrik devrelerinin yerini alır ve lazer kaynakları güç kaynaklarının yerini alır ... fotoelektrik dönüşüm ihtiyacını ortadan kaldırarak, mevcut fiziksel sınırları atlamak ve yongaların hesaplama darboğazını kırmak mümkündür. Şu anda, bu alandaki rekabet, hem yurt içinde hem de uluslararası alanda en iyi araştırma kurumları arasında başlamıştır.
Bu yıl Nisan ayında, Tsinghua Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, dünyada dağıtılmış genişlik akıllı optik bilgi işlem mimarisine öncülük etti. Mevcut akıllı yongalardan 2 ila 3 büyüklükte bir enerji verimliliğine sahip olan ve büyük sahnelerin akıllı analizi ve eğitim ve büyük modellerin akıl yürütmesi gibi görevler için bilgi işlem gücü desteği sağlayabilen gelişmiş AI görevleri için fotonik bir çip -- "taiji" tasarladılar.
Mayıs ayında, Çin Bilimleri Akademisi Şangay Mikrosistem ve Bilgi Teknolojisi Enstitüsü'nde bir araştırma ekibi, ilk kez yüksek performanslı ve toplu olarak üretilen fotonik fişler yapmak için kullanılan bir lityum tantalat hetero entegre gofret geliştirdi.
Foton çip gerçekten çok uzak değil mi?
Işık nasıl evcilleştirilir?
Geleceği dört gözle beklemenin yanı sıra, fotonik cipslerinin nasıl çalıştığı hakkında daha fazla düşünelim?
Elektronik bir çip bir elektronik transistör ve iletken bir bakır telden oluşur. Fotonik bir çip, bir fotonik transistörden ve ışık veren bir dalga kılavuzundan oluşur. Dalga kılavuzu, tanıdık optik fiber gibi hafif yayılma ortamıdır.
İşlevlerine göre, fotonik yongalar iki kategoriye ayrılabilir: lazer yongaları ve dedektör yongaları. Lazer yongaları, elektrik ve ışığın dönüşümünü gerçekleştirmek için yarı iletken malzemeler tarafından enjekte edilen akımın elektrik enerjisini kullanmalıdır. Dedektör yongaları, fotoelektrik etki yoluyla optik sinyalleri tanımlar ve bunları elektrik sinyallerine dönüştürür.
Işık çıkışı nasıl kontrol edilir? İdeal olarak, tamamen optik bir transistörle tahrikli ve ışık tarafından kontrol edilir. Ancak, teknoloji henüz olgun değil; Saf fotonik yongalar hala kavramsal aşamadadır ve fotonik yongaların temel bileşenleri hala sürüş için ışık ve kontrol için elektrik kullanan elektro-optik hibrid cihazlardır. Optoelektronik modülasyona dayanan Tsinghua Üniversitesi, bu yıl Ağustos ayında Taiji II çipini başlattı ve GPU'ya ihtiyaç duymadan optik sinir ağlarının çevrimiçi eğitimine ulaştı.
Elektro-optik hibrid cihazların entegrasyonu yoluyla, optik sinyaller ve elektrik sinyalleri arasındaki tüm modülasyon, iletim ve demodülasyon işlemi tek bir substrat üzerine entegre edilmiştir. Bu, yongalarda yüksek hızlı veri işlemenin temelini oluşturur. Işık dalgalarının dalga boyu boyutu avantajı sayesinde, fotonik yongalar, yüz nanometre kadar küçük dalga boylarına sahip olgun işlemler kullanılarak üretilebilir ve bu yongaların tam yurtiçi üretimini sağlar.
Foton çipleri nerede kullanılacak?
Dediğim gibi, fotonik yongalar elektronik yongaların bilgi işlem gücü darboğazını kırma potansiyeline sahiptir. Ayrıca, başka hangi alanlar kullanılabilir?
Işık hızının evrende bilinen en hızlı olduğu iyi bilinmektedir. Işığın yüksek hızlı iletim özelliklerinden yararlanarak, fotonik yongalarla akla gelen ilk şey ultra yüksek hızlı veri aktarımıdır. "Fiber Optik Ağ + Fotonik Çip", yüksek hızlı iletişimin yeni bir dönemini ifade eder. Dahası, fotonik yongaların parazit direnci de fotonik radarın bir gerçeklik haline gelmesini mümkün kılar.
Fotonik yongaların diğer alanlarda uygulanması da umut vericidir. Örneğin, biyomıpta, fotonik yongalar optik görüntüleme ve spektroskopik analiz için kullanılabilir, bu da hücrelerin, dokuların ve ilaçların hızlı bir şekilde tespiti ve analizini sağlar. Çevresel izlemede, fotonik yongalar gaz sensörlerine ve kirlilik izlemesine uygulanabilir, bu da çevresel kalitenin gerçek zamanlı izlenmesini ve değerlendirilmesini daha verimli hale getirir.
Optik bilgi işlem çipleri laboratuvardan çıkmaya başlıyor ve bilim adamları bir dizi mühendislik çabasından sonra ticari fotonik fişlerin mümkün olan en kısa sürede istikrarlı bir şekilde üretilebileceğini umuyorlar. Bu, fotonik yongaların maliyetinin endüstri tarafından yaygın olarak kabul edilebileceği anlamına gelir.
