中国人真造出来了!台积电和ASML一阵恐慌

瞭望
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随着全球集成电路产业发展进入“后摩尔时代”,其进一步提升的难度与时间成本都非常之高。在面向“后摩尔时代”的潜在颠覆性技术里,光子芯片已进入人们的视野。

其所具有的高速度、低能耗、工艺技术相对成熟等优势,能够有效突破传统集成电路物理极限上的瓶颈,满足新一轮科技革命中人工智能、物联网、云计算等产业对信息获取、传输、计算、存储、显示的技术需求。

也因之国际巨头正投入大量资源进行研发,目前已对传统芯片形成部分替代,并在5G通信、大数据中心等领域开拓了大量新应用。

对我国而言,既要在传统赛道电子芯片领域尽快补短板,也要尽早在光子芯片等新赛道布局发力。双管齐下,抓住新一轮科技革命和产业变革的机遇,努力争取实现“非对称赶超”。

光子学是与电子学平行的科学

芯片是人类信息技术史上的一次变革性突破。从石器时代的壁画、岩画,到农业时代的竹简、活字印刷术,再到工业时代的电话、电报、电视,人类信息生成、传输、处理、存储等载体发生了多次变革。从本质上讲,芯片就是通过利用半导体材料的物理特性来实现对承载信息的微观粒子(电子或光子等)的操控,进而实现信息生成、传输、处理、存储等的一种关键技术。

电子芯片是利用电子来生成、处理和传输信息的,光子芯片则是利用光子来生成、处理、传输并显示信息的。

自19世纪末、20世纪初物理学发现电子以来,人类开辟了电子技术的新时代。通过在半导体材料上对电子进行操控,人类实现了通过电子来生成、处理和传输信息,实现了信息技术的跨越式发展。从首个电子管被制造出来,到晶体管诞生,半导体技术不断发展。

直到集成电路被发明出来,电子芯片成为现代信息技术的基石,推动人类社会进入了微电子科技时代。电子芯片诞生以来,经过六七十年的发展,围绕它已形成一个成熟、庞大的产业体系,带动了信息产业、软件行业和消费电子产业的高速发展,催生了CPU、操作系统、PC、手机、笔记本电脑等数万亿的产值以及下游互联网、人工智能等应用领域几十万亿的产值。

光子学是与电子学平行的科学。科学家普遍认为,光子可以像电子一样作为信息载体来生成、处理、传输信息。荷兰科学家最早提出“以光子作为信息载体和能量载体的科学”。中国科学院西安光机所首任所长龚祖同院士(学部委员)在1978年9月召开的第二届全国高速摄影会议的发言中提到,激光问世以后,与其联系着的光子学逐步成长。1979年,钱学森教授在《中国激光》上著文,首次提出“光子学、光子技术和光子工业”的构想,并认为以集成光路为核心的光子计算机的运算能力可以超过电子计算机百倍、千倍乃至万倍。

电子学有四个基本要素,分别是作为载体的电子、作为传输介质的电缆和电路、发电机和晶体管。与之对应,在光子学中信息载体是光子,传输介质是光波波导和光纤,激光发射器好比发电机,光电调制元件相当于电子开关和电子晶体管。

从发展路线来看,电是从电学开始到电子学,再到电子回路、电子集成、电子系统、电子工程,最后到电子产业。光是从光学开始到光子学、光子回路、光子集成、光子系统、光子工程,最后到光子产业。根据底层的科学逻辑可以判断,人类一定会进入微光子学时代,利用微光子技术进行元器件的大规模集成必定会实现。

光子芯片是否会替代电子芯片

在电子芯片发展已有六七十年、产业已经很成熟的情况下,为什么要发展光子芯片?

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