光子芯片研究进展及展望:面向未来的计算系统(3)
应用前景
大数据时代人们对电子计算机处理系统的算力和速度等要求越来越高,摩尔定律的失效使电子芯片在计算速度和功耗方面遇到了极大的挑战,光子计算芯片以光子为信息的载体具有高速并行、低功耗的优势,因此被认为是未来高速、大数据量、人工智能计算处理的最具有前景的方案。
例如,人工智能光子芯片是一种光计算架构与人工智能算法高度匹配的芯片设计,有潜力广泛应用于自动驾驶、安防监控、语音识别、图像识别、医疗诊断、游戏、虚拟现实、工业物联网、企业级服务器和数据中心等关键人工智能领域。
人脑由数百亿神经元高度互联构成,具有强大的处理能力,实验显示,生物大脑1秒钟处理的计算量,超级计算机需要处理40分钟才能完成。类脑光子芯片模拟人脑的计算,通过光子携带信息在模拟大脑的神经网络构架下处理数据,使芯片达到像人脑一样高速并行且低功耗的计算。以微纳光子集成为基础的光子芯片结合基于光学计算的神经网络数据处理系统是应对未来低功耗、高速度、宽带宽、大数据量信息处理能力的关键。
从国家战略安全和战略需求的角度,光子芯片可以解决很多在数据处理时间长、无法实时处理、功耗高等应用领域的关键问题。
例如,在远距离、高速运动目标的测距、测速和高分辨成像激光雷达中,在生物医药、纳米器件等的内部结构实现高分辨无损检测的新型计算显微关联成像装备中,光子芯片均可以发挥其高速并行、低功耗、微型化的优势。
空间激光通信是解决目前空间传输速率瓶颈的主要技术手段,是构建天地一体化信息网络的重要手段;水下激光通信是解决目前水下信号传输受环境影响的主要技术手段,是构建水下通信一体化的重要手段。另外还有星间互联网、6G通信、智能遥感测绘等国家战略安全和战略需求领域,而这些都是需要对大数据进行高速、低功耗、实时处理的。光子芯片在这些国家战略领域将起到非常重要的支撑作用。
当前新一轮科技革命和产业变革正在迅速深入发展,科技创新已成为推动社会经济发展的核心动力,面向“十四五”我国科技自立自强的伟大目标,我们应当紧紧抓住光子芯片蓬勃发展的历史机遇期,力争实现关键核心技术的重大突破,助力将我国早日建设成为先进的创新型国家。
-本文选自《世界科学》杂志2020年第12期“大家·科技前沿”栏目-
文章来源:《机械设计与研究》 网址: http://www.jxsjyyj.cn/zonghexinwen/2021/0725/1208.html