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布局|瞭望 | 以科技革命的战略眼光布局光子芯片( 三 )


四是电子芯片性能提升的同时 ， 性价比在降低 。 业界普遍认为 ， 28纳米是芯片性价比最高的尺寸 。 根据SEMI国际半导体产业协会的芯片主流设计成本模型图 ， 采用FinFET工艺的5纳米芯片设计成本已是28纳米工艺设计成本的近8倍 ， 更复杂的GAA结构的设计成本只会更高 ， 这仅是芯片设计、制造、封装、测试中的设计环节 。 制造环节的晶圆代工厂的研发、建厂、购买生产设备耗费的资金会更多 ， 比如三星在美国得克萨斯州计划新建的5纳米晶圆厂预计投资高达170亿美元 。
那么 ， 光子芯片能够解决电子芯片解决不了的难题吗？
有物理基础的人应该知道 ， 电子是费米子 ， 是有质量的物质 ， 所以在传输信号时会因为质量的惯性产生较多的能量损耗；光是玻色子 ， 是物质之间的相互作用力 ， 静止质量为零 ， 传输信号时能量损耗小 。
与电子相比 ， 光子作为信息载体具有先天的优势：超高速度、超强的并行性、超高带宽、超低损耗 。
一是在传输信息时光子具有极快的响应时间 。 光子脉冲可以达到fs量级（飞秒量级） ， 信息速率可以达到几十个Tb/s ， 性能能够提升数百倍 。 二是光子具有极高的信息容量 ， 比电子高3~4个量级 。 采用光交互系统的新型使能技术可以实现低交换延迟和高传输带宽 。 三是光子具有极强的存储和计算能力 ， 能以光速进行超低能耗运算 。 四是光子具有极强的并行和互连能力 。 光子是玻色子 ， 不同波长的光可用于多路同时通信 。 五是光子具有超低的能耗表现 。 1bit信息的能耗 ， 光子器件比电子器件低3个数量级 ， 仅为电子器件的千分之一 。
如今 ， 科学家们的期望 ， 就是能够像芯片控制电子那样可靠地控制光子 ， 以获得更好的性能 。
以能耗的视角来看 ， 目前以集成电路为基础的数字产业能耗与日俱增 ， 据测算未来五年它可能会发展至消耗掉全球20%的电力供应 。 如果没有技术变革或突破 ， 未来人类极有可能要在信息数据和能源之间做出选择 。 而以光子芯片为基础的技术路线 ， 理论上有望将数字产业能耗降低至电子芯片的千分之一 。 因此 ， 发展更为节能的光子技术 ， 也是实现碳中和目标的关键一环 。
同时 ， 光子技术的应用并不局限于芯片 ， 其发展还可能推动人类更好地利用最大的“光子发射器”——太阳 ， 以进一步挖掘能源领域的潜力 。
根据底层的科学逻辑 ， 可以预见光子学、光子技术、光子产业将和电子学、电子技术、电子产业一样高速发展 。 值得注意的是 ， 虽然光子和电子相比有上述提及的优势 ， 但从产业发展角度来看 ， 光子对电子并不是替代关系 ， 准确地讲光子产业是对电子产业的升级 ， 能够催生新的产业 。

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