在摩尔定律之下,集成电路发展性能每隔18个月将提高1倍。发展至今,集成度已提高到5千多万倍,特种尺寸缩小到一根头发丝的万分之一杏彩体育注册登录官网。
因为集成度和加工制造受到严重的制约,芯片尺寸几乎达到极限,摩尔定律面临失效,人们迫切希望新技术开辟半导体行业新局面,集成电路前沿技术不断涌现,而硅基光电子技术够是其中之一。
最先在大会上捕捉到“光电融合”这一未来信号,起因是全球唯一聚焦芯片类研究的综合性国际期刊Chip发起的一项评选,它选出了中国芯片科学的十大进展:
1、清华大学任天令教授团队 亚1纳米栅极长度晶体管的首次实现 2、中科院微电子研究所刘明院士、张锋研究员团队和北理工王兴华副教授团队 基于三维阻变存储器存内计算宏芯片 3、上海交通大学金贤敏团队 忆阻器玻色采样的量子优越性 4、清华大学尹首一教授团队及其合作者 支持多粒度稀疏的AI训练芯片 5、北京大学王兴军教授团队及其合作者 新型硅基光电子片上集成系统的问世6、中国科学院物理研究所金奎娟研究员、葛琛研究员和杨国桢院士团队 光致二氧化钒非易失相变的神经形态光电传感器 7、武汉理工大学麦立强教授、晏梦雨研究员团队 性能倍增的场效应储能芯片 8、中科院合肥研究院固体物理所孟国文教授和韩方明研究员团队 高性能滤波电容器 9、复旦大学陈琳教授团队 及其合作者 可穿戴超低功耗可重构神经形态计算电子设备 10、清华大学施路平团队 类脑计算芯片:天机X
这其实也符合Chip期刊评奖的自我定位,其要旨之一便是梳理、盘点我国芯片科研领域年度标志性进展。
当这些和芯片科研领域年度标志性进展相挂钩时,我们是否可以理解为:传统芯片的未来就在光子芯片中?光量子产业是芯片产业走向未来的钥匙?
在会后,我们与中国科学院物理研究所研究员、国家杰出青年科学基金获得者、创新群体首席科学家金奎娟聊了一会儿。
▲图为金奎娟做客科学前沿进展名家系列讲座Ⅳ,为国科大的学生们主讲题为“复杂氧化物低维结构中的光电物理研究”讲座时的照片。
金奎娟所在的团队以《光致VO₂非易失相变的神经形态光电传感器》这一项目入选了Chip 2022中国芯片科学十大进展。
团队提出了一种基于紫外光辐照/电解质调控VO₂非易失相变的新型神经形态光电传感器,进一步构建了人工神经网络并演示了图像识别等功能,将传统红外光学材料VO₂的应用拓展到紫外智能光电传感领域,为近传感器计算/传感器内计算设计提供了新选择。
金奎娟教授告诉我们,传统的人工智能视觉系统由于各功能组件在物理上的分离导致了数据传递的延迟以及相对较高的功耗。
人类从外界获取信息的途径大部分依赖于视觉,视网膜不仅可以探测到光刺激,并且可以进行初步的光信号处理,这种高效的视觉感知和认知学习过程启发了未来人工视觉系统的发展。在此背景下,集感知、存储、计算功能于一体的神经形态智能光电传感器件已经成为近年来的前沿研究热点。
“中国的芯片发展、产业化发展,杏彩体育登录仍然需要从最根本的基础研究做起。往往是新的机制,诱发新的效应和功能,而这些新发现也更可能解决一些最根本的难题。一些‘卡脖子’问题的关键,恰恰是卡在基础科学这一块。”
金奎娟教授感慨,特别是新型功能器件和芯片的研究方面,团队每次的进展都离不开前期材料制备的基础和后期器件工艺方法等技术的支撑,当然也需要一些新的体系和结构设计等方面的突破和创新,这些都是联动的。
她的团队一直以来专注于基础研究,这次来参加芯片大会,也有一方面原因是希望探索从研究衔接到后续的产业化,“要从基础研究延伸到大规模生产,再落实到应用层面,未来的路还很长。”
光子芯片不仅承载着我国打破西方量子霸权和突破芯片产业技术瓶颈的双重使命,也承载着以先进科技赋能百业杏彩体育注册登录官网、以底层技术支撑产业发展的希望。
作为尖端技术,目前全球多个国家正针对光量子芯片研发展开竞争。这是一项潜力巨大的新技术、新赛道,而无锡滨湖区显然早已看到了这样一份未来的可能性。
一直以来,滨湖区将“量子科技”视为未来产业开展抢先培育。2022年3月发布的滨湖543产业体系,明确将量子科技列为三大未来产业之一,同时制订实施了量子科技产业三年行动计划,将打造以蠡园开发区为重点区域并辐射全区的国内顶尖的量子科技产业核心区集聚区。
滨湖区“追光”的信心,远不止于一份未来产业规划,更多的是从很多已经在滨湖落地、实打实的项目中锤炼出来的认知——
在不久之前的“中国式现代化无锡新实践·2023长三角主流媒体看无锡”活动中,在滨湖区的无锡光子芯谷创新中心就给我们留下了很深刻的印象。
这个中心是滨湖区为促进光子芯片和量子计算双底层核心驱动的协同发展,联合上海交通大学建设而成。
从引进的上海交通大学金贤敏团队处获悉,目前团队展开研究的光量子芯片技术正在进行阶段性验证阶段,预计3-5年可进行产业化生产。
还有更牛的地方:团队通过“飞秒激光直写”技术制备出节点数达49×49的芯片,这是世界最大规模的三维集成光量子芯片,也是国内首个光量子计算芯片。
这条国内首条光子芯片中试线的落地,对于滨湖乃至整个无锡加快形成新一代光子科技产业聚集区,具有十分重大的意义。
据介绍,该中试线将以高端光子芯片的研发为核心,聚焦新一代信息技术和产业化应用,推动量子计算机、通用光子处理器、三维光互连芯片和高精密飞秒激光直写机等变革性技术在无锡落地转化,并围绕光子芯片中试线平台的基础设施和研发支撑,建设核心技术和产业形态聚焦的“光子芯谷”,打造以光子芯片底层技术为驱动,面向量子计算、人工智能、光通信、光互连、光存储、激光雷达、成像与显示、智能传感的新一代光子科技产业集群。
当前,光量子芯片与传统芯片在制造方式上存在不同,应用场景也不相同。尚在科研攻关中的国产光量子芯片,未来要想有所突破,仍需要政策与资金的支持。
而在此次芯片大会上,重点围绕这一具有重要意义的国内首条光子芯片中试线,一项新动作恰恰补上了这个缺口:
无锡市创新投资集团有限公司、滨湖国有资本投资有限公司、远见私募基金管理有限公司就成立总规模为10亿元的无锡市光量子产业天使投资基金进行了意向签约。
它的目的很明确,就是聚力“光子芯谷创新中心”建设,围绕上海交通大学无锡光子芯片研究院中试线平台,杏彩体育登录始终聚焦投早、投小、投“硬科技”,投资以光子芯片为底层技术创新型科技企业。
值得一提的是,发起该基金的其中一方远见资本,也是由上海交通大学无锡光子芯片研究院和“光子芯谷创新中心”发起并成立。
“在光子芯片领域的这些项目,芯片研发和迭代成本非常高,因此他们有需要一个公共平台,能为他们提供流片迭代的快速反馈。依托于中试线的平台基础,就像背靠一棵大树,同时我们的基金也会在这些项目早期阶段给予资金上的支持。”无锡远见私募基金管理有限公司总经理李军说。
而后,它被送到中国的工厂,杏彩体育登录采用世界上最精密的加工设备来制造,加工设备主要由荷兰、日本和美国公司生产;
中国想要打破美国在芯片上的重重限制,除了要自力更生和科技创新之外,更要有一种广泛的、自由讨论的氛围,让更多人关心这个领域,对这个领域有清醒的认识。
“我跟大家报告一下,我们这个论坛准备了很多非常犀利和开放的问题,这些问题我们还没有跟各位圆桌论坛的嘉宾沟通过,所以我们今天是属于一个开放型的对话。”
开放式的提问决定了回答的多元化,而从嘉宾的回答中,我们更多地感受到了从业者们深处其中的一份坚守、探索、踌躇。
比起畅想追光可能拥抱的光明未来,这场将近一个小时的圆桌对话,其实更大一部分时间用在了共同追问、试图探寻覆盖在那束光芒之上的层层迷雾。
有意思的是,大家聊着聊着,还聊出了“光子芯片等前沿科学如何与无锡本地优势产业结合”这样的本地话题。
一,光子芯片主要的用途是通信和计算,无锡在计算领域有一定的基础,可以加强和现在前沿技术的结合。 前沿技术也要和传统结合,因为传统的市场、传统的应用相对比较完善。 二,光子芯片可以和现在已有的应用场景加强合作。 主要是计算领域,无锡有一个超算中心,腾讯也准备在无锡布局一些算力方面的投入。 三,除了光的计算运用,在通信方面也可以有所作为。 光的计算运用相对周期比较长,国内很多地方在通信领域推了一些示范应用,包括在政务系统、安全系统、地铁系统里的应用,走在了前列。光子芯片也可以在无锡的一些关键领域把示范应用先做起来。
随着全球集成电路产业进入后摩尔时期,光电融合正在成为行业发展主流趋势。作为集成电路产业的“老牌”城市,无锡近年来正进入由“电”转“光”加速阶段。