摩爾定律漸行漸緩，中國光子芯片能否「彎道超車」？

打破技術封鎖，中國創「芯」

近日，由中國科學院上海微系統與信息技術研究所和中國電子科技集團公司等單位聯合研發的光子芯片生產線已經正式量產。這一產線建成標志著中國在光子芯片領域已經有了重要的進展。

但什么是光子芯片？它與普通芯片區別在哪？在哪些領域中可以應用？

以光代電，速度快、功耗低

現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，光子芯片的數據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電子芯片一樣產生熱量，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在世界普及，為什么還要發力光子芯片？

「遲暮的」摩爾定律

過去的半個世紀以來，半導體行業一直遵循著“摩爾定律”快速發展著，在今年我們就應該可以見到以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。

有行業人士指出，現階段電子芯片的技術發展已經逼近物理極限，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，就很難對電子進行控制，預計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，在電子芯片技術即將到達可以預見的盡頭前，所要做的自然是轉個方向繼續向前。

換道超車，避免「卡脖子」

對于我國來說，發展光子芯片的意義更重。

自從美國大規模的芯片、技術封鎖以來，中國的科技企業就在大力發展自研芯片，爭取早日掙脫桎梏，但問題在于，傳統電子芯片的大量關鍵技術專利、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勢則是制造工藝簡單，并不需要精密的EUV光刻機等尖端設備，處于發展早期也意味著此領域有更多的發展空間與機遇。并且從市場角度以及產業鏈方面，中國都擁有極大的優勢。

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、自動駕駛、安防監控、語音/圖像識別、光通信、虛擬現實、工業物聯網、企業級服務器和數據中心等關鍵領域。

尤其在最近較為熱門的人工智能AI領域，光子芯片可以更好地模擬人腦神經網絡架構進行處理數據，真正實現“像人一樣思考”。

不過現階段的光子芯片還缺乏殺手級的應用場景和商用環境，即便量產之后也需要更多發展的時間。

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