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無需光刻可重構(gòu)集成光子處理器 除了無與倫比的速度外，光子電路使用的能量比電子電路少得多。電子在硬件中移動(dòng)相對(duì)緩慢，與其他粒子碰撞并產(chǎn)生熱量，而光子在流動(dòng)時(shí)不會(huì)損失能量，根本不產(chǎn)生熱量。擺脫了電子產(chǎn)品固有的能量損失的負(fù)擔(dān)，集成光子學(xué)有望在可持續(xù)計(jì)算中發(fā)揮主導(dǎo)作用。 光子學(xué)和電子學(xué)利用不同的科學(xué)領(lǐng)域并使用不同的體系結(jié)構(gòu)。然而，兩者都依靠光刻來定義它們的電路元件并按順序連接它們。雖然光子芯片不使用晶體管來填充電子芯片不斷縮小和分層的凹槽，但它們復(fù)雜的光刻圖案引導(dǎo)激光束通過相干電路形成可以執(zhí)行計(jì)算算法的光子網(wǎng)絡(luò)。 近期，賓夕法尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員首次創(chuàng)造了一種光子器件，無需光刻即可提供可編程的片上信息處理，為AI應(yīng)用提供通過卓越的準(zhǔn)確性和靈活性增強(qiáng)的光子學(xué)速度。  實(shí)現(xiàn)無與倫比的光控制，該設(shè)備由空間分布的光學(xué)增益和損耗組成。激光直接將光投射到半導(dǎo)體晶圓上，無需定義光刻路徑。 材料科學(xué)與工程系和電氣系統(tǒng)與工程系教授Liang Feng，以及博士生Tianwei Wu（MSE）和博士后高子和和Marco Menarini（ESE）在最近發(fā)表在《自然光子學(xué)》上的一項(xiàng)研究中介紹了這種微芯片。 基于硅的電子系統(tǒng)已經(jīng)改變了計(jì)算領(lǐng)域。但它們有明顯的局限性：它們處理信號(hào)的速度很慢，它們以串行方式而不是并行方式處理數(shù)據(jù)，并且只能在一定程度上小型化。光子學(xué)是最有前途的替代方案之一，因?yàn)樗梢钥朔羞@些缺點(diǎn)。 研究人員說：“但用于機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用的光子芯片面臨著復(fù)雜制造工藝的障礙，在這種工藝中，光刻圖案化是固定的，可編程性有限，容易出錯(cuò)或損壞，而且成本高昂。通過消除對(duì)光刻的需求，我們正在創(chuàng)造一種新的范式。我們的芯片克服了這些障礙，并在消除了預(yù)定義功能的各種限制的情況下，提供了更高的精度和最終的可重新配置性�！� 如果沒有光刻，這些芯片將成為適應(yīng)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理引擎。由于圖案不是預(yù)先定義和蝕刻的，因此該設(shè)備本質(zhì)上沒有缺陷。也許更令人印象深刻的是，光刻技術(shù)的缺乏使微芯片具有令人印象深刻的可重新編程性，能夠定制其激光鑄造圖案以獲得最佳性能，無論任務(wù)簡(jiǎn)單（輸入少，數(shù)據(jù)集小）還是復(fù)雜（輸入多，數(shù)據(jù)集大）。  換言之，該設(shè)備的復(fù)雜性或極簡(jiǎn)主義是一種有生命的東西，其適應(yīng)性是蝕刻微芯片所無法做到的。 研究人員說：“這里的東西非常簡(jiǎn)單。我們可以非�？焖俚貥�(gòu)建和使用它。并且可以很容易地將它與經(jīng)典電子產(chǎn)品集成。我們可以對(duì)它進(jìn)行重新編程，隨時(shí)改變激光模式，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可重構(gòu)計(jì)算，用于人工智能網(wǎng)絡(luò)的片上訓(xùn)練�！� 這個(gè)器件是一塊不起眼的半導(dǎo)體板，再簡(jiǎn)單不過了。正是對(duì)這種平板材料特性的操縱，才是研究團(tuán)隊(duì)突破性地將激光投影到動(dòng)態(tài)可編程圖案中，以重新配置光子信息處理器的計(jì)算功能的關(guān)鍵。 |
