光电集成芯片有望助力解决“芯片之痛”.docxVIP免费优质

“”光电集成芯片有望助力解决芯片之痛计算机是信息时代的重要标志，也是支撑信息技术的关键支点。随着人工智能在多领域的应用，对算力的需求呈现出爆发性的增长趋势。一方面，半导体制程已趋于电子芯片的物理极限，“”“”电子计算的发展面临速率和功耗两大瓶颈且衍生出功耗墙、访存墙与I/O墙等3大技术壁垒，现今计算访存比、计算I/O比均比理想情况低1—2个数量级，通过减小芯片特征尺寸提升计算性能面临巨大的挑战。另一方面，高性能电子芯片的先进制程工艺“”设备，我国尚未实现完全自主可控，面临卡脖子风险。与电子相比，光子作为玻色子具有独特的优势，如高传输速度、高并行性、高带宽和低功耗、低时延等。因而，以光学的技术手段去实现高性能信息处理与计算，是必然趋势。传统基于自由空间光学的计算方法无法实现小型化，光子集成被视为解决该问题的唯一技术手段。21世纪以来，光子芯片经历了从单元器件到规模化集成的飞速发展，在超高速通信、高性能计算、大容量光互连和高精度光学传感等领域展现出巨大的优势，学术界和工业界达成共识：光电集成芯片有望延续摩尔定律，利用光电集成芯片进行信息交互是突破电子计算机发展瓶颈的关键技术和有效途径，有望“”缓解甚至解决我国芯片之痛。硅光芯片融合了先进的微电子加工工艺和光子学前沿理论，在硅基芯片上集成激光器、光波导、光调制器和光探测器等光子信息组件，以光子作为信息载体，实现信息的传递、交互与计算等。相较于传统电子技术，硅光技术在信息处理的速度和能效方面呈现显著的优势，为摩尔定律延续提供有力支撑。近年来，硅光信息技术在全球范围内受到了高度关注与重视，美国、欧盟等西方发达国家和地区纷纷将光电集成技术列入国家发展的战略性规划之中。早在2015年，美国宣布成立国家层面的集成光子制造研究所（AIMPhotonics），由政府、学术界、企业界等124家单位构成，包含IBM、Intel等50家企业，麻省理工、斯坦福等20多家大学、33个学院和16个组织。欧盟也先后制定了信息与通信技术计划ICT27、ICT28“和地平线2020”，其核心内容就是推动光子集成产业发展。我国与国际同步在硅光技术领域“”“完成了战略布局且持续投入，从国家层面的十三五到十四”五规划，对集成电路、新一代人工智能技术均明确了发展目标与战略需求，科技部、中国科学院等科技国家队也先后部署相关的先导专项、重大科技项目，包括建设先进的光电芯片制造工艺平台、光电芯片的前瞻性探索，并完善光电芯片的产业生态链，以“”解决我国光电信息产业的无芯之痛，提升我国在光电产业中的话语权。在海量数据处理和人工智能对算力需求爆发性增长的今天，硅光技术在现代信息技术中扮演着至关重要的角色，将为多领域带来颠覆性的技术革新。人工智能技术应用的关键是算力的提升，在高性能计算机架构中，采用与具体应用模式相匹配的加速器系统结构是提高计算能效比、降低功耗的有效途径。最典型的成功例子是通过流式计算应用与图形处理器芯片的匹配，实现数量级的能效提升。但面对诸如类脑计算、深度学习、智能感知等领域应用时，运用基于冯·诺依曼结构的电子计算机进行匹配加速明显效果不佳，而光学神经网络在这方面展示出了独特的优势。光矩阵运算具备时间和空间并行性、传播容量大等特性。光神经网络的深度学习算法可以直接映射，而不仅仅是简单地对神经网络进行模拟，通过结合光计算通路的无电容效应特性，基于光矩阵运算的神经网络计算机的能效可以得到极大提升，从而突破功耗墙的束缚。在信息传输和交互方面，大数据时代的数据中心对超低延时、超高传输速率和更低能耗的信息交互需求不断增长，光电集成技术可在信息交互容量、器件体积、数据传输能效等方面实现数量级的优化。在卫星激光通信与深空探索中，光电集成芯片有望颠覆传统的通信终端，建立更快、更强、更稳的星地、“”星间太空高速路，加快空天地一体化的发展步伐。硅光技术通过光传电控的技术思路，为新型光电混合超级计算带来了巨大的想象空间，为实现超高算力开辟了新的路径。智能驾驶时代的到来对汽车感知能力提出了苛刻的需求，而硅光技术有望对汽车激光雷达系统产生变革，建...