En 1965, Gordon Moore, co-fondateur d'Intel, a proposé la loi de Moore, prédisant que la densité des transistors sur les puces doublerait tous les 18 à 24 mois.Cependant, après des décennies de développement, les puces électroniques à base de silicium approchent des limites théoriques physiques de leurs capacités.
L'émergence de puces photoniques est considérée comme un moyen clé pour franchir les limites de la loi de Moore.
Récemment, une équipe dirigée par le professeur agrégé Wang Cheng de l'Université de la ville de Hong Kong, en collaboration avec des chercheurs de l'Université chinoise de Hong Kong, a développé une puce photonique micro-ondes utilisant le niobate de lithium comme plate-forme.Cette puce traite les signaux plus rapidement et consomme moins d'énergie, en utilisant l'optique pour le traitement et le calcul du signal électronique analogiques ultra-rapides.
La recherche a été publiée dans "Nature" le 29 février.Il est signalé que les puces photoniques micro-ondes au lithium au lithium intégrées sont non seulement 1000 fois plus rapides que les processeurs électroniques traditionnels, mais ont également une bande passante de traitement super large et une précision de calcul extrêmement élevée, avec une consommation d'énergie plus faible.
Le concept de puces photoniques n'est plus inconnu et les nouvelles technologies dans le domaine des puces photoniques émergent fréquemment.Par exemple, en décembre 2022, une équipe dirigée par le professeur Zou Weiwen du Département de génie électronique de l'École d'information électronique et de génie électrique de l'Université de Shanghai Jiao Tong a proposé une idée innovante qui coupe la photonique avec les sciences informatiques.Ils ont développé un nouveau type de puce de traitement du tenseur photonique capable d'opérations de convolution des tenseurs à grande vitesse.Les résultats ont été publiés dans "Nature" sous le titre "Professeur de flux de tenseur de haut niveau basé sur des puces photoniques intégrées".
De plus, les chercheurs chinois ont fait des percées importantes dans les circuits intégrés photoniques, les transistors photoniques et l'informatique optique.Ces réalisations démontrent non seulement la force de la Chine dans la technologie des puces photoniques, mais apportent également une contribution significative au développement de l'industrie mondiale des puces photoniques.
Au cours de la dernière décennie, la technologie photonique est devenue un point focal pour la prochaine génération de technologies de l'information, d'intelligence artificielle, de véhicules intelligents et de soins de santé.Il est également considéré comme l'une des technologies clés pour maintenir une position de premier plan sur le marché international par les pays connexes.
Autrement dit, une puce photonique est une puce qui utilise des signaux optiques pour l'acquisition de données, la transmission, le calcul, le stockage et l'affichage.Les puces photoniques sont très recherchées à l'ère actuelle, principalement en raison de deux avantages: les performances et la fabrication.
Avantage 1: vitesse de calcul élevée, faible consommation d'énergie et faible latence
Par rapport aux puces électroniques traditionnelles, les puces photoniques présentent de nombreux avantages, principalement en termes de grande vitesse et de faible consommation d'énergie.Les signaux optiques transmettent à la vitesse de la lumière, augmentant considérablement la vitesse;Idéalement, les puces photoniques calculent environ 1000 fois plus rapidement que les puces électroniques.L'informatique photonique consomme moins d'énergie, la consommation d'énergie de l'informatique optique devrait être aussi faible que 10 ^ -18 joules par bit (10 ^ -18 J / bit).Avec la même consommation d'énergie, les appareils photoniques sont des centaines de fois plus rapides que les appareils électroniques.
De plus, la lumière a une capacité naturelle pour le traitement parallèle et la technologie de multiplexage de la division de longueur d'onde mature, améliorant considérablement la capacité de traitement des données, le stockage et la bande passante des puces photoniques.La fréquence, la longueur d'onde, l'état de polarisation et la phase des ondes lumineuses peuvent représenter différentes données, et les chemins légers ne s'interfèrent pas les uns avec les autres lors de la traversée.Ces caractéristiques rendent les photons adeptes à l'informatique parallèle, s'adaptant bien aux réseaux de neurones artificiels, où la majeure partie du processus informatique implique une «multiplication matricielle».
Dans l'ensemble, les puces photoniques présentent une vitesse de calcul élevée, une faible consommation d'énergie et une faible latence, et sont moins sensibles aux changements de température, de champs électromagnétiques et de bruit.
Avantage 2: Exigences de fabrication inférieures
Contrairement aux puces de circuit intégrées, les puces photoniques ont des exigences de fabrication relativement inférieures.Les obstacles techniques les plus élevés résident dans la conception et la fabrication épitaxiales.La voie technologique de la lumière présente des avantages tels que la grande vitesse, la faible consommation d'énergie et l'anti-crosstal, lui permettant de remplacer de nombreuses fonctions de l'électronique.
Sui Jun, président de la Chine Xintong Microelectronics Technology (Beijing) Co., Ltd., a déclaré une fois: "Les puces photoniques n'ont pas besoin d'utiliser des machines de lithographie extrêmement haut de gamme comme les machines de lithographie Ultraviolet Extreme (EUV) requises pour les puces électroniques. Nous pouvons.Produisez-les en utilisant des matériaux et équipements domestiques relativement matures. "
En ce qui concerne si les puces photoniques remplaceront les puces électroniques, il est important de comprendre les goulots d'étranglement actuels face aux puces électroniques.
Le premier défi pour les puces électroniques est la limitation de la loi de Moore.Au cours des dernières années, la densité des transistors pourrait doubler tous les 18 à 20 mois, mais d'un point de vue physique, la taille d'un atome est proche de 0,3 nanomètre.Lorsque le processus de semi-conducteur atteint 3 nanomètres, il est très proche de la limite physique, ce qui rend presque impossible de continuer à doubler tous les 18 à 20 mois.