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2022新思科技科普類(lèi)短視頻欄目《了不起的芯片》全新上線(xiàn)！新思科技一直致力于打造“人人都能懂”的行業(yè)科普視頻，傳播更多芯片相關(guān)小知識(shí)，解答各類(lèi)科技小問(wèn)題。每周3分鐘，多一些“芯”知識(shí)。

這一期，我們聊一聊光子芯片的那些事兒。

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顧名思義，光子芯片是以光為媒介，用光波（電磁波）來(lái)傳遞信息的芯片。 光子芯片聽(tīng)起來(lái)也頗為前沿，有點(diǎn)站在技術(shù)之巔內(nèi)味兒~ 但事實(shí)上光子芯片與電子芯片一樣，早在上世紀(jì)八十年代就已經(jīng)誕生了，雖然是電子芯片的孿生兄弟，光子芯片其實(shí)比電子芯片擁有更高的天賦。相比使用電子傳遞信息的一般意義上的芯片，用“光”傳遞信息的光子芯片，理論上信息傳輸速度會(huì)更快，傳播距離也更遠(yuǎn)，衰減程度也更低，也不用擔(dān)心芯片發(fā)熱之類(lèi)的問(wèn)題，看起來(lái)光子芯片似乎是比電子芯片更優(yōu)的選擇。但事實(shí)上在這兄弟倆的成長(zhǎng)過(guò)程中，看起來(lái)“天資平平”的電子芯片卻發(fā)展得更為順利，在眾多因素的加持下甚至比“天賦樹(shù)”點(diǎn)滿(mǎn)的光子芯片更為亮眼。這一切都要從芯片的基本組成部分──晶體管（MOSFET或者FinFET）說(shuō)起。晶體管是一種電控開(kāi)關(guān)，它能很方便的用一個(gè)或者多個(gè)電壓信號(hào)產(chǎn)生另一個(gè)信號(hào)，這樣就組成了千變?nèi)f化的模擬、數(shù)字電路。電晶體管的技術(shù)已趨于成熟，但光子芯片就像是武俠小說(shuō)的主角還沒(méi)找到世外高人的階段，“光子開(kāi)關(guān)”總是遇到各種各樣的問(wèn)題，要么輸出信號(hào)的波長(zhǎng)總是比輸入波長(zhǎng)長(zhǎng)，難以控制線(xiàn)路中的下一個(gè)開(kāi)關(guān)；要么是光開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)尺寸只能維持在微米級(jí)，實(shí)現(xiàn)高速傳輸?shù)那疤嶂荒苁且泽w積為代價(jià)。科學(xué)家們也有一直嘗試幫助光子芯片，希望做出能夠?qū)崿F(xiàn)電晶體管功能的可替代的光晶體管，但仍一籌莫展。光子芯片此刻已經(jīng)在掐人中：果然天才都是孤獨(dú)的嗎？給了我這么好的天賦，卻沒(méi)有用武之地，請(qǐng)問(wèn)可以和我兄弟電子芯片互換人生嗎？之后，隨著芯片設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，以及以EDA為基礎(chǔ)，基于IP的芯片設(shè)計(jì)方法的興起，電子芯片可以說(shuō)是“只要錢(qián)到位，沒(méi)有做不到，只有想不到”（光子芯片持續(xù)無(wú)語(yǔ)中……）即使是現(xiàn)在，我們看到的依然是互聯(lián)網(wǎng)信息先以光為媒沿著光纖網(wǎng)絡(luò)傳播到每家每戶(hù)，再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)入路由器或計(jì)算機(jī)。不是不用光子芯片，而是使用電子芯片的效益更高。電晶體管憑借能夠隨著制程的推進(jìn)不斷微縮的能力，走出了一條極具經(jīng)濟(jì)效益的“摩爾定律”道路來(lái)，而光晶體管卻礙于波長(zhǎng)限制，寸步難行。不過(guò)，近些年隨著芯片工藝制程已經(jīng)接近物理極限，部分芯片廠(chǎng)商為了增加自家賣(mài)點(diǎn)重新為工藝制程下定義，業(yè)內(nèi)關(guān)于“摩爾定律是否就快走到盡頭”的爭(zhēng)論就未停止過(guò)，似乎，電子芯片的潛能已經(jīng)快被榨干了。現(xiàn)在好運(yùn)來(lái)到光子芯片這邊，潛伏已久的光子芯片內(nèi)心開(kāi)始狂喜。 2016年，麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)打造出首個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，硬件上用光干涉儀作為基本的矩陣運(yùn)算單元有效取代電晶體管，算法上開(kāi)發(fā)了一系列不犧牲性能條件下有效降低深度學(xué)習(xí)計(jì)算量并適應(yīng)于光子芯片的算法。這一成果在2017年發(fā)表與頂級(jí)期刊Nature Photonics雜志封面上，也正是從這時(shí)候開(kāi)始，光子芯片再次進(jìn)入大家的視野，被視為延續(xù)摩爾定律的一種可能。新思科技也從未擱置過(guò)推動(dòng)光子芯片的發(fā)展。OptoCompiler將成熟的專(zhuān)用光子技術(shù)與業(yè)界領(lǐng)先的仿真和物理驗(yàn)證工具相結(jié)合，可為光子芯片提供完整的端到端設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和簽核解決方案。（只要我的廣告打的夠快，你們就一定發(fā)現(xiàn)不了）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(chǎng)景的可編程光子芯片，盡管發(fā)展稍許緩慢，但未來(lái)在自動(dòng)駕駛、安防監(jiān)控、語(yǔ)音識(shí)別等人工智能領(lǐng)域大展身手也是指日可待的。盡管光子芯片的“天賦異稟”，但造化弄人，該配合它表演的“光晶體管”反而限制了光子芯片的發(fā)揮。反倒是電子芯片，憑借著“天時(shí)地利”后來(lái)者居上。所幸的是，它們都找到了自己適合的定位，沒(méi)有上演兄弟相愛(ài)相殺的虐心戲碼。比如光子芯片更適合承載線(xiàn)性計(jì)算和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，而電子芯片與現(xiàn)有的市場(chǎng)環(huán)境和軟件環(huán)節(jié)兼容性更好，未來(lái)，它們會(huì)繼續(xù)以光電混合芯片的形式在市場(chǎng)上和諧共存。兄弟情yyds！

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原文標(biāo)題：【了不起的芯片】光子芯片會(huì)取代電子芯片嗎？

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