Новое направление в технологической войне США и Китая — сможет ли Китай обогнать США с помощью кремниевой фотоники?

Согласно сообщению TechNews со ссылкой на примечания Мэтью Рейнольдса в статье, в отличие от электроники, фотоника для передачи информации использует фотоны вместо электронов. В сочетании с электронными технологиями фотоника может создать крупномасштабные вычислительные системы с более высокой пропускной способностью и энергоэффективностью, превосходящие физические ограничения традиционных электронных чипов.

Китайское правительство проявило интерес к фотонике, рассматривая ее как один из способов обойти западный технологический контроль. Технология фотоники упоминается в «Набросках 14-го пятилетнего плана Китая (2021–2025 годы) национального экономического и социального развития и концепции 2035 года».

Яо Ян, директор Института национального развития Пекинского университета, считает, что ограничения на полупроводники в США — это «выстрел себе в ногу», поскольку фотонные чипы в конечном итоге сделают электронные чипы устаревшими.

Он также рассматривает это как возможность для Китая обогнать США, утверждая, что Китай имеет возможность стать лидером в этой новой технологии.

Однако Мэтью Рейнольдс считает, что фотонные чипы вряд ли заменят электронные, по крайней мере, в ближайшем будущем. Фотоника и электроника с большей вероятностью будут сосуществовать, образуя симбиотические отношения.

Однако можно с уверенностью сказать, что технология кремниевой фотоники потенциально может стать прорывом для Китая в продвижении на передовые позиции в производстве полупроводников.

Как сообщается, наиболее прямое применение технологии кремниевой фотоники находится в оптических соединениях, где медные соединения в схемах заменяется фотоникой для ускорения передачи информации между процессорами и/или памятью, что сокращает узкие места ввода-вывода, от которых в настоящее время страдают ИИ-вычисления.

Помимо оптических межсоединений, еще одной областью применения кремниевой фотоники является развивающаяся область оптических вычислений. Фотонные процессоры используют для вычислений свет вместо электронов. Хотя диапазон их вычислительных типов ограничен, они демонстрируют значительные перспективы в выполнении операций умножения матриц, что является важнейшим компонентом, особенно в крупномасштабных языковых моделях, на которые приходится более 90% вычислений вывода.

Китайский экономист Чэнь Вэньлин из Китайского центра международных экономических обменов (CCIEE) заявил в статье, посвященной антиамериканской блокаде, что кремниевая фотоника — это технология, которую Китай может использовать, чтобы обогнать США.

«Китай строит линию по производству фотонных чипов, которая, как ожидается, будет готова в 2023 году, а это означает, что Китай будет в авангарде мира по производству фотонных чипов и даже полностью изменит маршрут технологии производства чипов. Фотонные чипы имеют множество технических преимуществ. Его скорость вычислений выше, а информационная емкость больше более чем в 1000 раз чем у нынешних кремниевых чипов». — высказался Чен.

Lightelligence, американская компания по производству оптических вычислений, ранее получала финансирование от правительства Китая и недавно запустила ускоритель искусственного интеллекта «Колибри». Hummingbird использует компоненты оптических межсоединений, подключаясь к чипам, производимым TSMC по 28-нанометровому процессу.

Хотя этот процесс, возможно, не находится на переднем крае современных технологий, он соответствует возможностям Китая по производству полупроводников. Lightelligence даже утверждает, что ее показатели задержки и эффективности превосходят показатели конкурентов в некоторых задачах искусственного интеллекта.

Кроме того, Lightelligence представила «Фотонную арифметическую вычислительную машину» (PACE), оптическую вычислительную систему. PACE объединяет фотонные и электронные компоненты на одном чипе и в некоторых ресурсоемких приложениях обеспечивает скорость обработки в 25–100 раз выше, чем у высокопроизводительных графических процессоров Nvidia.

Китайская компания SinTone Microelectronics находится в процессе создания линии по производству кремниевых фотонных чипов. Суй Цзюнь, президент SinTone Microelectronics, отметил, что Китай имеет возможность производить фотонные чипы внутри страны, поскольку производственный процесс не требует использования машин для литографии с сильным ультрафиолетом (EUV), на которые распространяются санкции США.

В то же время исследовательская группа из Университета Цинхуа в Китае объявила о прорыве в преодолении традиционных физических ограничений чипов, представив новую вычислительную структуру, объединяющую оптику и электронику. Они успешно разработали первый в мире полностью моделируемый оптоэлектронный интеллектуальный вычислительный чип (ACCEL).

С точки зрения вычислительной мощности для интеллектуальных задач визуального распознавания целей ACCEL превосходит современные высокопроизводительные коммерческие чипы более чем в 3000 раз. В области задач интеллектуального визуального распознавания целей и вычислений для сценариев беспилотных систем его энергоэффективность превосходит существующие высокопроизводительные чипы более чем в 4 миллиона раз.

Хотя сроки коммерциализации ACCEL остаются неопределенными, исследователи полагают, что в будущем у него есть потенциал для применения в беспилотных системах, промышленном контроле и крупномасштабных моделях искусственного интеллекта.