"آیا شما به نور اعتقاد دارید؟" اگر یک علاقه مندان به تراشه از شما این سؤال را بپرسند ، این طور نیست که او ناگهان یک هوادار Ultraman باشد. این است که او متوجه شده است که "نور" شروع به تحریک دنیای تراشه می کند.
جایزه نوبل 2023 در فیزیک به "فناوری پالس نور نامتقارن" اهدا شد و "نحوه استفاده از نور برای محاسبه" نیز به یک موضوع مهم در صنعت و دانشگاه تبدیل شده است. آیا نور ، که به طور طبیعی سریع است ، می تواند به روزرسانی "زیرساخت" دنیای هوشمند در عصر هوش مصنوعی با سرعت باورنکردنی انجام شود؟
فوتون ها از الکترون ها می گیرند
در مقایسه با تراشه های الکترونیکی سنتی تر ، تراشه های فوتونیک نوع جدیدی از تراشه ها هستند که از خواص فوتون ها برای محاسبه استفاده می کنند.
در اصل ، تراشه ها برای دستکاری ذرات میکروسکوپی که اطلاعات را حمل می کنند ، به خصوصیات بدنی مواد نیمه هادی متکی هستند ، اما انواع مختلف تراشه ها از حامل های ذرات مختلف استفاده می کنند. لی می گفت: "تراشه های فوتونیک از فوتون ها برای تولید ، پردازش ، انتقال و نمایش اطلاعات استفاده می کنند."
در مقایسه با الکترون ها ، مزایای فوتون ها واضح است: آنها زمان پاسخ بسیار سریع برای انتقال اطلاعات دارند ، {0}} سفارشات از نظر میزان ظرفیت اطلاعات بالاتر از الکترون ها ، ذخیره سازی قوی ، محاسبات و حتی قابلیت های اتصال موازی و مصرف انرژی فوق العاده کم ... خود مشخص است که این مزایا برای صنعت اطلاعات چیست.
اکنون با ظهور عصر هوش مصنوعی ، تقاضا برای قدرت محاسبات در حال افزایش است. با این حال ، توسعه تراشه های الکترونیکی به حد هزینه های جسمی و اقتصادی رسیده است و "عدم موفقیت قانون مور" دائماً شنیده می شود.
تراشه های الکترونیکی مبتنی بر سیلیکون هستند که اتم های سیلیکون دارای قطر تقریباً {0}} 22 نانومتر هستند. هنگامی که این فرآیند به زیر 7 نانومتر کاهش می یابد ، تراشه های الکترونیکی بسیار مستعد ابتلا به برقی و مشکلات خرابی الکترون هستند و کنترل کامل الکترون ها را دشوار می کند. در موج مدلهای بزرگ که در سال 2023 پدیدار شد ، کاستی های تراشه های الکترونیکی سنتی آشکار شده است.
تراشه های فوتونیک یک طلوع جدید را نشان می دهند. آنها نه تنها قول می دهند به چالش های غیرقابل تحمل مصرف برق و دسترسی به حافظه در تراشه های الکترونیکی بپردازند ، بلکه باعث ایجاد سناریوهای کاربردی نوآورانه بی شماری می شوند. در راستای این ، مسیرهای نوری جایگزین مدارهای الکتریکی می شوند و منابع لیزر جای منبع تغذیه را می گیرند ... با از بین بردن نیاز به تبدیل فوتوالکتریک ، می توان از محدودیت های فیزیکی موجود عبور کرد و از تنگنا محاسباتی تراشه ها جدا شد. در حال حاضر ، رقابت در این زمینه در میان مؤسسات برتر تحقیقاتی چه در داخل کشور و چه در سطح بین المللی آغاز شده است.
در آوریل امسال ، یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه Tsinghua پیشگام یک معماری محاسبات نوری هوشمندانه توزیع شده در جهان بود. آنها یک تراشه فوتونیک -- "Taiji" را برای کارهای پیشرفته AI طراحی کردند ، که دارای بهره وری انرژی 2 تا 3 سفارش از بزرگی بالاتر از تراشه های هوشمند موجود است ، و می تواند پشتیبانی از قدرت محاسباتی را برای کارهایی مانند تجزیه و تحلیل هوشمندانه از صحنه های بزرگ و آموزش و استدلال مدل های بزرگ فراهم کند.
در ماه مه ، یک تیم تحقیقاتی در انستیتوی میکروسیستم و فناوری اطلاعات آکادمی علوم چین یک ویفر هتروه یکپارچه لیتیوم تانتالیت ایجاد کرد ، که برای اولین بار نیز برای ایجاد تراشه های فوتونی با کارایی بالا و تولید انبوه استفاده شد.
آیا تراشه فوتون واقعاً دور نیست؟
چگونه نور را خسته کنیم؟
علاوه بر اینکه مشتاقانه منتظر آینده هستیم ، بیایید بیشتر در مورد نحوه کار تراشه های فوتونیک فکر کنیم؟
یک تراشه الکترونیکی از یک ترانزیستور الکترونیکی و یک سیم مس رسانا تشکیل شده است. یک تراشه فوتونی از یک ترانزیستور فوتونیک و یک موجبر ساخته شده است که نور را انجام می دهد. موجبر واسطه ای برای انتشار نور است ، مانند فیبر نوری آشنا.
با توجه به کارکردهای آنها ، تراشه های فوتونیک را می توان به دو دسته تقسیم کرد: تراشه های لیزر و تراشه های ردیاب. تراشه های لیزر برای تحقق تبدیل برق و نور باید از انرژی الکتریکی جریان تزریق شده توسط مواد نیمه هادی استفاده کنند. تراشه های ردیاب سیگنال های نوری را از طریق اثر فوتوالکتریک شناسایی کرده و آنها را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند.
چگونه می توان خروجی نور را کنترل کرد؟ در حالت ایده آل ، این یک ترانزیستور کاملاً نوری است که توسط نور رانده و کنترل می شود. با این حال ، این فناوری هنوز بالغ نیست. تراشه های فوتونی خالص هنوز در مرحله مفهومی قرار دارند و اجزای اصلی تراشه های فوتونی هنوز دستگاه های ترکیبی الکترو نوری هستند که از نور برای رانندگی و برق برای کنترل استفاده می کنند. بر اساس مدولاسیون نوری ، دانشگاه Tsinghua تراشه Taiji II را در آگوست سال جاری راه اندازی کرد و به آموزش آنلاین شبکه های عصبی نوری بدون نیاز به پردازنده پردازش رسید.
از طریق ادغام دستگاه های ترکیبی الکترو نوری ، کل فرآیند مدولاسیون ، انتقال و تخریب بین سیگنال های نوری و سیگنال های الکتریکی بر روی یک بستر واحد ادغام می شود. این پایه و اساس پردازش داده های پر سرعت در تراشه ها را تشکیل می دهد. به لطف مزیت طول موج امواج نوری ، تراشه های فوتونیک را می توان با استفاده از فرآیندهای بالغ با طول موج به اندازه صد نانومتر ساخت و امکان تولید کامل داخلی این تراشه ها را ساخت.
از تراشه های فوتونز کجا استفاده می شود؟
همانطور که گفتم ، تراشه های فوتونیک این امکان را دارند که از تنگنا قدرت محاسباتی تراشه های الکترونیکی عبور کنند. علاوه بر این ، از چه مناطق دیگری می توان استفاده کرد؟
به خوبی شناخته شده است که سرعت نور سریعترین شناخته شده در جهان است. با استفاده از خصوصیات انتقال سریع نور ، اولین چیزی که با تراشه های فوتونی به ذهن می آید ، انتقال داده با سرعت بسیار بالا است. "شبکه فیبر نوری + تراشه فوتونیک" دوران جدیدی از ارتباطات پر سرعت را نشان می دهد. علاوه بر این ، مقاومت تداخل تراشه های فوتونیک همچنین باعث می شود تا رادار فوتونیک به واقعیت تبدیل شود.
استفاده از تراشه های فوتونیک در زمینه های دیگر نیز امیدوار کننده است. به عنوان مثال ، در زیست پزشکی ، تراشه های فوتونیک می توانند برای تصویربرداری نوری و تجزیه و تحلیل طیف سنجی استفاده شوند و امکان تشخیص سریع و تجزیه و تحلیل سلول ها ، بافت ها و داروها را فراهم می کنند. در نظارت بر محیط زیست ، تراشه های فوتونیک را می توان در سنسورهای گاز و نظارت بر آلودگی اعمال کرد و باعث می شود نظارت و ارزیابی کیفیت محیط زیست در زمان واقعی کارآمدتر شود.
تراشه های محاسباتی نوری شروع به حرکت از آزمایشگاه می کنند و دانشمندان امیدوارند که پس از یک سری تلاش های مهندسی ، تراشه های فوتونی تجاری را می توان در اسرع وقت به روش پایدار تولید کرد. این بدان معناست که هزینه تراشه های فوتونیک را می توان به طور گسترده ای توسط صنعت پذیرفت.
