打破技術(shù)封鎖，中國創(chuàng)「芯」

近日，由中國科學院上海微系統(tǒng)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)線已經(jīng)正式量產(chǎn)。這一產(chǎn)線建成標志著中國在光子芯片領(lǐng)域已經(jīng)有了重要的進展。

但什么是光子芯片？它與普通芯片區(qū)別在哪？在哪些領(lǐng)域中可以應(yīng)用？

以光代電，速度快、功耗低

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

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(shù)據(jù)傳輸載體變成了光子，通過芯片上的光波導、光束耦合器、電光調(diào)制器、光電探測器和激光器等來操作識別光信號。

電子芯片一般更擅長算術(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程中不會存在電阻的問題，因此運行時不會像傳統(tǒng)電子芯片一樣產(chǎn)生熱量，同時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

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

有行業(yè)人士指出，現(xiàn)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(chǔ)材料的集成電路中，如果將工藝制程提升到7nm以下，就很難對電子進行控制，預(yù)計2030年就會達到物理極限。

此外，工藝的進步也帶來了成本的極大提升，芯片尺寸的縮小又讓功耗成為了不可忽視的問題，在電子芯片技術(shù)即將到達可以預(yù)見的盡頭前，所要做的自然是轉(zhuǎn)個方向繼續(xù)向前。

換道超車，避免「卡脖子」

對于我國來說，發(fā)展光子芯片的意義更重。

自從美國大規(guī)模的芯片、技術(shù)封鎖以來，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，但問題在于，傳統(tǒng)電子芯片的大量關(guān)鍵技術(shù)專利、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)勢則是制造工藝簡單，并不需要精密的EUV光刻機等尖端設(shè)備，處于發(fā)展早期也意味著此領(lǐng)域有更多的發(fā)展空間與機遇。并且從市場角度以及產(chǎn)業(yè)鏈方面，中國都擁有極大的優(yōu)勢。

光子芯片的應(yīng)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(yīng)用于生物醫(yī)療檢測、自動駕駛、安防監(jiān)控、語音/圖像識別、光通信、虛擬現(xiàn)實、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)級服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心等關(guān)鍵領(lǐng)域。

尤其在最近較為熱門的人工智能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(gòu)進行處理數(shù)據(jù)，真正實現(xiàn)“像人一樣思考”。

不過現(xiàn)階段的光子芯片還缺乏殺手級的應(yīng)用場景和商用環(huán)境，即便量產(chǎn)之后也需要更多發(fā)展的時間。

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