在當(dāng)下，主流的芯片制造材料依然是以硅為主，當(dāng)芯片工藝發(fā)展到5nm以下的制程后，這種材料無法滿足工藝要求時(shí)，就會(huì)被淘汰，便會(huì)尋找其它材料來取代。

因此，隨著集成光子技術(shù)的日益成熟，在芯片表面構(gòu)建更大、更復(fù)雜的光子電路的可能性越來越大。光子芯片與電子芯片相似之處在于，都是在芯片表面實(shí)現(xiàn)的。

但兩者的不同之處在于，光子芯片主要通過使用芯片上的光波導(dǎo)、光束耦合器、電光調(diào)制器、光電探測器和激光器等儀器來操作光信號(hào)，而不是電信號(hào)。電子芯片擅長數(shù)字計(jì)算，而光子芯片則擅長傳輸和處理模擬信息。因此，目前光子芯片主要用于光纖通信、化學(xué)，生物或光譜傳感器、計(jì)量、經(jīng)典和量子信息處理等特定應(yīng)用，能夠適用于各種各樣應(yīng)用場景的可編程光子芯片（Programmable PIC），仍然發(fā)展緩慢。

光子芯片的技術(shù)原理

光子芯片利用半導(dǎo)體發(fā)光，結(jié)合光的速度和帶寬，具備了抗干擾性和快速傳播的特性。光子技術(shù)在多個(gè)應(yīng)用上的低功耗、低成本是最大的優(yōu)勢。在運(yùn)行平臺(tái)上，某一個(gè)區(qū)域可以同時(shí)完成很多的維納量級(jí)，以光子為載體的信息功能分支機(jī)構(gòu)，形成一個(gè)整體，具備大型綜合運(yùn)算能力的光子芯片。由于信息時(shí)代人工智能大數(shù)據(jù)的發(fā)展，光子載體的各個(gè)分支數(shù)據(jù)流量已達(dá)到滿載，就要用集成技術(shù)將微納級(jí)的光子導(dǎo)入到芯片內(nèi)部，成為納米級(jí)的光子芯片。

光子芯片的應(yīng)用前景

從國家戰(zhàn)略安全和戰(zhàn)略需求的角度，光子芯片可以解決很多在數(shù)據(jù)處理時(shí)間長、無法實(shí)時(shí)處理、功耗高等應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。例如，在遠(yuǎn)距離、高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的測距、測速和高分辨成像激光雷達(dá)中，在生物醫(yī)藥、納米器件等的內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高分辨無損檢測的新型計(jì)算顯微關(guān)聯(lián)成像裝備中，光子芯片均可以發(fā)揮其高速并行、低功耗、微型化的優(yōu)勢。

空間激光通信是解決目前空間傳輸速率瓶頸的主要技術(shù)手段，是構(gòu)建天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的重要手段；水下激光通信是解決目前水下信號(hào)傳輸受環(huán)境影響的主要技術(shù)手段，是構(gòu)建水下通信一體化的重要手段。另外還有星間互聯(lián)網(wǎng)、6G通信、智能遙感測繪等國家戰(zhàn)略安全和戰(zhàn)略需求領(lǐng)域，而這些都是需要對大數(shù)據(jù)進(jìn)行高速、低功耗、實(shí)時(shí)處理的。光子芯片在這些國家戰(zhàn)略領(lǐng)域?qū)⑵鸬椒浅Ｖ匾闹巫饔谩?/p>

此外，AI光子芯片是一種光計(jì)算架構(gòu)與人工智能算法高度匹配的芯片設(shè)計(jì)，有潛力廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、安防監(jiān)控、語音識(shí)別、圖像識(shí)別、醫(yī)療診斷、游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)級(jí)服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心等關(guān)鍵人工智能領(lǐng)域。

類腦光子芯片可以模擬人腦的計(jì)算，通過光子攜帶信息在模擬大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下處理數(shù)據(jù)，使芯片達(dá)到像人腦一樣高速并行且低功耗的計(jì)算。以微納光子集成為基礎(chǔ)的光子芯片結(jié)合基于光學(xué)計(jì)算的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是應(yīng)對未來低功耗、高速度、寬帶寬、大數(shù)據(jù)量信息處理能力的關(guān)鍵。

大數(shù)據(jù)時(shí)代，人們對電子計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)的算力和速度等要求越來越高，摩爾定律的失效使電子芯片在計(jì)算速度和功耗方面遇到了極大的挑戰(zhàn)，光子計(jì)算芯片以光子為信息的載體具有高速并行、低功耗的優(yōu)勢，因此被認(rèn)為是未來高速、大數(shù)據(jù)量、人工智能計(jì)算處理的最具有前景的方案。

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