1965. gadā Gordons Mūrs, Intel līdzdibinātājs, ierosināja Mūra likumu, prognozējot, ka tranzistoru blīvums uz mikroshēmām dubultosies ik pēc 18 līdz 24 mēnešiem.Tomēr pēc gadu desmitiem ilgas attīstības uz silīcija bāzes elektroniskās mikroshēmas tuvojas savu spēju fiziskajām teorētiskajām robežām.
Fotonisko mikroshēmu parādīšanās tiek uzskatīta par galveno veidu, kā izlauzties caur Mūra likuma ierobežojumiem.
Nesen komanda, kuru vadīja asociētais profesors Vangs Čengs no Honkongas pilsētas universitātes, sadarbībā ar Honkongas Ķīnas universitātes pētniekiem izstrādāja mikroviļņu fotonisko mikroshēmu, izmantojot platformu litija niobate.Šī mikroshēma apstrādā ātrāku signālu un patērē mazāk enerģijas, izmantojot optiku īpaši ātrai analogai elektroniskajai signāla apstrādei un aprēķināšanai.
Pētījums tika publicēts "Nature" 29. februārī.Tiek ziņots, ka integrētie litija niobāta mikroviļņu fotoniskās mikroshēmas ir ne tikai 1000 reizes ātrāki nekā tradicionālie elektroniskie procesori, bet tiem ir arī super plats apstrādes joslas platums un ārkārtīgi augsta aprēķina precizitāte ar zemāku enerģijas patēriņu.
Fotonisko mikroshēmu jēdziens vairs nav pazīstams, un bieži parādās jaunas tehnoloģijas fotonisko mikroshēmu jomā.Piemēram, 2022. gada decembrī komanda, kuru vadīja profesors Zou Weiwen no Šanhajas Jiao Tongas universitātes Elektroniskās informācijas un elektrotehnikas un elektrotehnikas skolas departamenta vadībā, ierosināja inovatīvu ideju, kas fotoniku krustojas ar skaitļošanas zinātni.Viņi izstrādāja jauna veida fotoniskus tensora apstrādes mikroshēmas, kas spēj veikt ātrgaitas tensora konvolūcijas operācijas.Rezultāti tika publicēti filmā "Nature" ar nosaukumu "Augstas pakāpes tenoru straumes apstrāde, pamatojoties uz integrētām fotoniskām mikroshēmām".
Turklāt ķīniešu pētnieki ir izdarījuši ievērojamus sasniegumus fotoniski integrētās shēmās, fotoniskos tranzistoros un optiskajā skaitļošanā.Šie sasniegumi ne tikai parāda Ķīnas spēku fotonisko mikroshēmu tehnoloģijā, bet arī dod būtisku ieguldījumu globālās fotonisko mikroshēmu nozares attīstībā.
Pēdējā desmitgadē fotoniskā tehnoloģija ir kļuvusi par galveno punktu nākamās paaudzes informācijas tehnoloģiju, mākslīgā intelekta, viedo transportlīdzekļu un veselības aprūpes jomā.Tas tiek uzskatīts arī par vienu no galvenajām tehnoloģijām, lai saglabātu vadošo pozīciju starptautiskajā tirgū no saistītajām valstīm.
Vienkārši sakot, fotoniskā mikroshēma ir mikroshēma, kas izmanto optiskos signālus datu iegūšanai, pārraidei, aprēķināšanai, glabāšanai un displejam.Fotoniskās mikroshēmas ir ļoti pieprasītas pašreizējā laikmetā galvenokārt divu priekšrocību dēļ: veiktspēja un ražošana.
1 priekšrocība 1: augsts skaitļošanas ātrums, zems enerģijas patēriņš un zems latentums
Salīdzinot ar tradicionālajām elektroniskajām mikroshēmām, fotoniskajām mikroshēmām ir daudz priekšrocību, galvenokārt attiecībā uz lielas un mazas enerģijas patēriņu.Optiskie signāli pārraida ar gaismas ātrumu, ievērojami palielinot ātrumu;Ideālā gadījumā fotoniskās mikroshēmas aprēķina apmēram 1000 reizes ātrāk nekā elektroniskās mikroshēmas.Fotoniskā skaitļošana patērē mazāk enerģijas, un paredzams, ka optiskās skaitļošanas enerģijas patēriņš būs tik zems kā 10^-18 džoulu uz bitu (10^-18 J/bit).Ar tādu pašu enerģijas patēriņu fotoniskās ierīces ir simtiem reižu ātrākas nekā elektroniskās ierīces.
Turklāt gaismai ir dabiskas spējas paralēlai apstrādei un nobriedušam viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas tehnoloģijai, ievērojami uzlabojot fotonisko mikroshēmu datu apstrādes jaudu, glabāšanu un joslas platumu.Vajadzības viļņu frekvence, viļņa garums, polarizācijas stāvoklis un fāze var attēlot dažādus datus, un gaismas ceļi netraucē viens otru, šķērsojot.Šīs īpašības padara fotonus lietpratīgus paralēlā skaitļošanā, labi pielāgojot mākslīgos neironu tīklus, kur lielākā daļa skaitļošanas procesa ir saistīta ar "matricas reizināšanu".
Kopumā fotoniskajām mikroshēmām ir liels skaitļošanas ātrums, maza enerģijas patēriņš un zems latentums, un tās ir mazāk jutīgas pret temperatūras izmaiņām, elektromagnētiskajiem laukiem un troksni.
2. priekšrocība: zemākas ražošanas prasības
Atšķirībā no integrētajām shēmas mikroshēmām, fotoniskajām mikroshēmām ir salīdzinoši zemākas ražošanas prasības.Augstākās tehniskās barjeras ir epitaksiālā dizainā un ražošanā.Gaismas tehnoloģiskajam ceļam ir tādas priekšrocības kā liela ātruma, zema enerģijas patēriņš un anti-crossstalk, ļaujot tam aizstāt daudzas elektronikas funkcijas.
Sui Jun, Ķīnas Xintong Microelectronics Technology (Beijing) Co., Ltd. prezidents, pēc tam, kad Fotoniskajām mikroshēmām nav jāizmanto īpaši augstas klases litogrāfijas mašīnas, piemēram, ekstrēmās ultravioletās (EUV) litogrāfijas mašīnas, kas vajadzīgas elektroniskām mikroshēmām. Mēs varam.Izgatavojiet tos, izmantojot salīdzinoši nobriedušus mājas materiālus un aprīkojumu. "
Attiecībā uz to, vai fotoniskās mikroshēmas aizstās elektroniskās mikroshēmas, ir svarīgi izprast pašreizējos sašaurinājumus, kas vērsti uz elektroniskām mikroshēmām.
Pirmais elektronisko mikroshēmu izaicinājums ir Mūra likuma ierobežojums.Pēdējo gandrīz 50 gadu laikā tranzistoru blīvums varētu dubultoties ik pēc 18-20 mēnešiem, bet no fiziskā viedokļa atoma lielums ir tuvu 0,3 nanometriem.Kad pusvadītāju process sasniedz 3 nanometrus, tas ir ļoti tuvu fiziskajai robežai, padarot gandrīz neiespējamu turpināt dubultot ik pēc 18-20 mēnešiem.