"אתה מאמין באור?" אם חובב שבבים שואל אותך את השאלה הזו, זה לא שהוא פתאום מעריץ אולטרמן. זה שהוא מתחיל לשים לב ש"האור "מתחיל לעורר את עולם השבבים.
פרס נובל בפיזיקה של 2023 הוענק ל"טכנולוגיית דופק אור אסימטרי ", ו"איך להשתמש באור כדי לחשב" הפך גם לנושא חשוב בענף ובאקדמיה. האם אור, שהוא מהיר באופן טבעי, להשלים את שדרוג "התשתית" של העולם האינטליגנטי בעידן הבינה המלאכותית במהירות מדהימה?
פוטונים משתלטים על אלקטרונים
בהשוואה לשבבים האלקטרוניים המסורתיים יותר, שבבי פוטוניים הם סוג חדש של שבבים המשתמשים בתכונות של פוטונים לחישוב.
בעיקרו של דבר, שבבים מסתמכים על התכונות הפיזיקליות של חומרים מוליכים למחצה כדי לתפעל חלקיקים מיקרוסקופיים הנושאים מידע, אך סוגים שונים של שבבים משתמשים במנשאי חלקיקים שונים. "שבבים פוטוניים משתמשים בפוטונים כדי לייצר, לעבד, להעביר ולהציג מידע", אמר ליי מישיגן, שותף המייסד של כוכב החדשנות של סין.
בהשוואה לאלקטרונים, היתרונות של פוטונים הם ברורים: יש להם זמן תגובה מהיר מאוד להעברת מידע, 3-4 הזמנות בעוצמה גבוהה יותר של קיבולת מידע גבוהה יותר מאשר אלקטרונים, אחסון חזק, מחשוב ואף יכולות חיבור מקבילות, וצריכת אנרגיה נמוכה במיוחד ... זה מובן מאליו פוטנציאל פוטנציאל של היתרונות הללו לתעשיית המידע.
כעת, עם כניסתו של עידן הבינה המלאכותית, הביקוש לכוח המחשוב עולה. עם זאת, פיתוח שבבים אלקטרוניים הגיע למגבלת העלויות הפיזיות והכלכליות, ו"כישלון החוק של מור "נשמע כל הזמן.
שבבים אלקטרוניים מבוססים על סיליקון, כאשר אטומי סיליקון בקוטר של בערך 0. 22 ננומטרס. כאשר התהליך מצטמצם מתחת ל -7 ננומטרים, שבבים אלקטרוניים רגישים מאוד לגידול חשמלי ולבעיות פירוק אלקטרונים, מה שמקשה על שליטה מושלמת באלקטרונים. בגל הדגמים הגדולים שהופיעו בשנת 2023, התבררו החסרונות של שבבים אלקטרוניים מסורתיים.
צ'יפס פוטוניקה מבשר על שחר חדש. הם לא רק מבטיחים להתמודד עם האתגרים הבלתי ניתנים לערעור של צריכת חשמל וגישה לזיכרון בשבבים אלקטרוניים, אלא גם מולידים תרחישים רבים של יישומים חדשניים. בהתאם לכך, נתיבים אופטיים מחליפים מעגלים חשמליים, ומקורות לייזר תופסים את מקומם של ספקי כוח ... על ידי ביטול הצורך בהמרה פוטו -אלקטרונית, ניתן לעקוף גבולות פיזיים קיימים ולפרוץ את צוואר הבקבוק החישובי של השבבים. נכון לעכשיו, התחרות בתחום זה כבר החלה בקרב מוסדות המחקר המובילים הן מבחינה מקומית והן בינלאומית.
באפריל השנה, צוות מחקר מאוניברסיטת צינגהואה חלוץ ארכיטקטורת מחשוב אופטית מבוזרת רוחבית מבוזרת בעולם. הם עיצבו שבב פוטוני -- "טייג'י" למשימות AI מתקדמות, שיש לה יעילות אנרגטית 2 עד 3 סדרי גודל גבוה יותר מזו של שבבים אינטליגנטים קיימים, ויכולים לספק תמיכה בכוח מחשוב למשימות כמו ניתוח חכמה של סצינות גדולות והדרכה והגיון של דגמים גדולים.
בחודש מאי, צוות מחקר במכון שנחאי למיקרו-מערכת וטכנולוגיית מידע של האקדמיה הסינית למדעים פיתח רקיק משולב ליתיום טנטלט, ששימש גם הוא לייצור שבבים פוטוניים בעלי ביצועים גבוהים ומופקים.
האם שבב הפוטון באמת לא רחוק?
איך לאלף אור?
בנוסף לצפייה לעתיד, בואו נחשוב יותר על אופן פעולתו של שבבי פוטוניקה?
שבב אלקטרוני מורכב מטרנזיסטור אלקטרוני וחוט נחושת מוליך. שבב פוטוני מורכב מטרנזיסטור פוטוני ומדריך גל המוביל אור. מוליך הגל הוא המדיום להתפשטות קלה, כמו הסיבים האופטיים המוכרים.
על פי הפונקציות שלהם, ניתן לחלק שבבים פוטוניים לשתי קטגוריות: שבבי לייזר ושבבי גלאי. שבבי לייזר צריכים להשתמש באנרגיה החשמלית של זרם מוזרק על ידי חומרים מוליכים למחצה כדי לממש את המרת החשמל והאור. שבבי גלאי מזהים אותות אופטיים באמצעות אפקט פוטו -אלקטרוני וממרים אותם לאותות חשמליים.
כיצד לשלוט בפלט האור? באופן אידיאלי, זה יהיה טרנזיסטור אופטי לחלוטין המונע ונשלט על ידי אור. עם זאת, הטכנולוגיה עדיין לא בוגרת; שבבים פוטוניים טהורים עדיין נמצאים בשלב הרעיוני, והרכיבים הבסיסיים של שבבים פוטוניים הם עדיין מכשירים היברידיים אלקטרו-אופטיים המשתמשים באור לנהיגה וחשמל לבקרה. בהתבסס על אפנון אופטו -אלקטרוני, אוניברסיטת צינגהואה השיקה את שבב טאיג'י השני באוגוסט השנה, והשיגה הכשרה מקוונת של רשתות עצביות אופטיות ללא צורך ב- GPU.
באמצעות שילוב של מכשירים היברידיים אלקטרו-אופטיים, כל תהליך האפנון, ההעברה והדמפולציה בין אותות אופטיים ואותות חשמליים משולב על מצע יחיד. זה מהווה את הבסיס לעיבוד נתונים במהירות גבוהה בשבבים. הודות ליתרון בגודל אורך הגל של גלי אור, ניתן לייצר שבבי פוטוניים באמצעות תהליכים בוגרים עם אורכי גל קטנים כמו מאה ננומטרים, מה שמאפשר ייצור מקומי מלא של שבבים אלה.
היכן נעשה שימוש בצ'יפס הפוטונים?
כאמור, לשבבים פוטוניים יש פוטנציאל לפרוץ את צוואר הבקבוק המחשוב של שבבים אלקטרוניים. בנוסף, באילו תחומים אחרים ניתן להשתמש בהם?
ידוע כי מהירות האור היא המהירה ביותר ביקום. מינוף מאפייני ההולכה המהירים של האור, הדבר הראשון שעולה בראש עם שבבי פוטוניים הוא העברת נתונים במהירות גבוהה במיוחד. "רשת סיבים אופטית + שבב פוטוני" מסמנת עידן חדש של תקשורת במהירות גבוהה. יתר על כן, התנגדות ההפרעות של שבבי פוטוניים מאפשרת גם לרדאר פוטוני להפוך למציאות.
היישום של שבבים פוטוניים בשדות אחרים מבטיח גם הוא. לדוגמה, בביו -רפואה, ניתן להשתמש בשבבים פוטוניים לצורך הדמיה אופטית וניתוח ספקטרוסקופי, מה שמאפשר גילוי וניתוח מהיר של תאים, רקמות ותרופות. במעקב סביבתי, ניתן ליישם שבבים פוטוניים על חיישני גז ומעקב זיהום, מה שהופך את המעקב והערכה של איכות הסביבה בזמן אמת.
שבבי מחשוב אופטיים מתחילים לצאת מהמעבדה, ומדענים מקווים שאחרי סדרה של מאמצי הנדסה, ניתן לייצר שבבי פוטוניים מסחריים בצורה יציבה בהקדם האפשרי. המשמעות היא שעלות השבבים הפוטוניים יכולה להיות מקובלת על ידי הענף.
