1965年、インテルの共同設立者であるゴードンムーアは、ムーアの法律を提案し、チップ上のトランジスタの密度が18〜24か月ごとに2倍になると予測しました。しかし、数十年にわたる開発の後、シリコンベースの電子チップは、その能力の物理的な理論的限界に近づいています。
フォトニックチップの出現は、ムーアの法律の制限を突破する重要な方法と見なされています。
最近、香港市立大学のWang Cheng教授が率いるチームは、香港の中国大学の研究者と協力して、プラットフォームとしてNiobate Lithiumを使用してマイクロ波フォトニックチップを開発しました。このCHIPプロセスは、オプティクスを使用して超高速のアナログ電子信号処理と計算を使用して、より速くシグナルをより速く消費します。
この研究は、2月29日に「自然」に掲載されました。統合されたニオベートのマイクロ波フォトニックチップは、従来の電子プロセッサよりも1000倍高速であるだけでなく、エネルギー消費量が少なく、非常に広い処理帯域幅と非常に高い計算精度を持っていることが報告されています。
フォトニックチップの概念はもはや馴染みがなく、フォトニックチップの分野の新しい技術が頻繁に出現しています。たとえば、2022年12月、上海ジアオトン大学の電子情報および電気工学部の電子工学部のZou Weiwen教授が率いるチームは、フォトニクスと計算科学を交差させる革新的なアイデアを提案しました。彼らは、高速テンソル畳み込み操作が可能な新しいタイプのフォトニックテンソル処理チップを開発しました。結果は、「統合フォトニックチップに基づいた高次テンソルストリーム処理」というタイトルで「Nature」に掲載されました。
さらに、中国の研究者は、フォトニック統合回路、フォトニックトランジスタ、光学コンピューティングで大きなブレークスルーを行っています。これらの成果は、フォトニックチップテクノロジーにおける中国の強みを示しているだけでなく、グローバルなフォトニックチップ産業の発展にも大きく貢献しています。
過去10年間で、フォトニックテクノロジーは、次世代の情報技術、人工知能、スマート車両、およびヘルスケアの焦点となっています。また、関連国が国際市場で主導的な地位を維持するための重要な技術の1つと考えられています。
簡単に言えば、Photonicチップは、データ収集、送信、計算、ストレージ、ディスプレイに光信号を使用するチップです。Photonicチップは、主に2つの利点のパフォーマンスと製造のために、現在の時代に非常に求められています。
アドバンテージ1：高いコンピューティング速度、低消費電力、低遅延
従来の電子チップと比較して、フォトニックチップには、主に高速および低消費電力の点で多くの利点があります。光信号は光の速度で送信され、速度が大幅に増加します。理想的には、Photonicチップは電子チップよりも約1000倍高速に計算されます。Photonicコンピューティングの消費エネルギーは少なくなり、光学コンピューティングの消費電力は、ビットあたり10^-18ジュール（10^-18 j/bit）になると予想されます。同じ消費電力により、フォトニックデバイスは電子デバイスの数百倍高速です。
さらに、Lightは、並列処理と成熟した波長分裂多重化テクノロジーに対して自然な能力を持ち、フォトニックチップのデータ処理能力、ストレージ、および帯域幅を大幅に強化します。光波の周波数、波長、偏光状態、および位相は、異なるデータを表すことができ、光経路は交差するときに互いに干渉しません。これらの特性により、光子は並列コンピューティングに熟達し、人工ニューラルネットワークによく適合し、ほとんどのコンピューティングプロセスには「マトリックスの乗算」が含まれます。
全体として、フォトニックチップは、高いコンピューティング速度、低消費電力、低下の低下を備えており、温度、電磁場、ノイズの変化の影響を受けにくいです。
アドバンテージ2：製造要件の低下
統合された回路チップとは異なり、フォトニックチップの製造要件は比較的低いです。最高の技術的障壁は、エピタキシャルの設計と製造にあります。技術的な光の経路には、高速、低エネルギー消費、反架橋などの利点があり、電子機器の多くの機能を置き換えることができます。
中国のXintong Microelectronics Technology（Beijing）Co.、Ltd。の社長であるSui Junは、「フォトニックチップは、電子チップに必要な極端な紫外線（EUV）リソグラフィマシンなどの非常にハイエンドリソグラフィマシンを使用する必要はありません。比較的成熟した国内の材料と機器を使用してそれらを生産します。」
フォトニックチップが電子チップに取って代わるかどうかについては、電子チップが直面している現在のボトルネックを理解することが重要です。
電子チップの最初の課題は、ムーアの法律の制限です。過去50年近くでは、トランジスタの密度は18〜20か月ごとに2倍になる可能性がありますが、物理的な観点からは、原子のサイズは0.3ナノメートルに近いです。半導体プロセスが3ナノメートルに達すると、物理的な制限に非常に近く、18〜20か月ごとに2倍になることはほぼ不可能になります。