摩爾定律漸行漸緩，中國光子芯片能否「彎道超車(chē)」？

打破技術(shù)封鎖，中國創(chuàng )「芯」

近日，由中國科學(xué)院上海微系統與信息技術(shù)研究所和中國電子科技集團公司等單位聯(lián)合研發(fā)的光子芯片生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)正式量產(chǎn)。這一產(chǎn)線(xiàn)建成標志著(zhù)中國在光子芯片領(lǐng)域已經(jīng)有了重要的進(jìn)展。

但什么是光子芯片？它與普通芯片區別在哪？在哪些領(lǐng)域中可以應用？

以光代電，速度快、功耗低

現在我們常見(jiàn)的電子芯片是采用電流信號作為信息載體，比如用簡(jiǎn)單的電流通斷表示“1”“0”，從而傳遞二進(jìn)制的信息。

而光子芯片的概念最早源于上世紀60年代，相比于電子芯片，光子芯片的數據傳輸載體變成了光子，通過(guò)芯片上的光波導、光束耦合器、電光調制器、光電探測器和激光器等來(lái)操作識別光信號。

電子芯片一般更擅長(cháng)算術(shù)計算和邏輯計算，而光子芯片則更傾向于傳輸和處理模擬信息。由于光子在傳導的過(guò)程中不會(huì )存在電阻的問(wèn)題，因此運行時(shí)不會(huì )像傳統電子芯片一樣產(chǎn)生熱量，同時(shí)光的傳輸速度要遠勝電，因此光子芯片對比電子芯片最大的提升就是速度更快、功耗更低。

但目前電子芯片已經(jīng)在世界普及，為什么還要發(fā)力光子芯片？

「遲暮的」摩爾定律

過(guò)去的半個(gè)世紀以來(lái)，半導體行業(yè)一直遵循著(zhù)“摩爾定律”快速發(fā)展著(zhù)，在今年我們就應該可以見(jiàn)到以3nm工藝制造的半導體芯片了，但摩爾定律雖說(shuō)未“死”，卻也是真的漸行漸緩了。

有行業(yè)人士指出，現階段電子芯片的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)逼近物理極限，在以硅為基礎材料的集成電路中，如果將工藝制程提升到7nm以下，就很難對電子進(jìn)行控制，預計2030年就會(huì )達到物理極限。

此外，工藝的進(jìn)步也帶來(lái)了成本的極大提升，芯片尺寸的縮小又讓功耗成為了不可忽視的問(wèn)題，在電子芯片技術(shù)即將到達可以預見(jiàn)的盡頭前，所要做的自然是轉個(gè)方向繼續向前。

換道超車(chē)，避免「卡脖子」

對于我國來(lái)說(shuō)，發(fā)展光子芯片的意義更重。

自從美國大規模的芯片、技術(shù)封鎖以來(lái)，中國的科技企業(yè)就在大力發(fā)展自研芯片，爭取早日掙脫桎梏，但問(wèn)題在于，傳統電子芯片的大量關(guān)鍵技術(shù)專(zhuān)利、制造工藝、原料均被西方所把控，夾縫中求生存難上加難。

而光子芯片的另一大優(yōu)勢則是制造工藝簡(jiǎn)單，并不需要精密的EUV光刻機等尖端設備，處于發(fā)展早期也意味著(zhù)此領(lǐng)域有更多的發(fā)展空間與機遇。并且從市場(chǎng)角度以及產(chǎn)業(yè)鏈方面，中國都擁有極大的優(yōu)勢。

光子芯片的應用前景

基于光子芯片強大的計算能力和傳輸信息能力，光子芯片有望應用于生物醫療檢測、自動(dòng)駕駛、安防監控、語(yǔ)音/圖像識別、光通信、虛擬現實(shí)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)級服務(wù)器和數據中心等關(guān)鍵領(lǐng)域。

尤其在最近較為熱門(mén)的人工智能AI領(lǐng)域，光子芯片可以更好地模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )架構進(jìn)行處理數據，真正實(shí)現“像人一樣思考”。

不過(guò)現階段的光子芯片還缺乏殺手級的應用場(chǎng)景和商用環(huán)境，即便量產(chǎn)之后也需要更多發(fā)展的時(shí)間。

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