「ムーアの法則」は終焉を迎えつつある。フォトニックチップはエレクトロニクス産業の未来となるでしょうか?

「チップに集積されるトランジスタの数は、24 か月ごとに 2 倍になると予想されます。」 - インテルの共同創業者であるゴードン・ムーア氏が提唱した「ムーアの法則」は皆さんもよくご存知だと思います。過去 40 年間、IT 業界はこの法則に従って推進されてきました。しかし、近年の従来の電子チップの開発の減速に伴い、「ムーアの法則」は徐々に歴史のものとなりつつあります。将来的には、フォトニック技術に基づく新しいチップが回路コンポーネントの限界を打ち破り、より高速な計算速度を持つコンピューターを構築する可能性があります。

ムーアの法則は物理的限界に近づいている

周知のとおり、過去数十年間のコンピュータ産業の発展は、常に「ムーアの法則」に従ってきました。半導体回路のトランジスタのサイズはますます小さくなり、1 つのチップに収容できるトランジスタの数はますます増え、18 ～ 24 か月ごとに 2 倍の割合で反復的に成長してきました。トランジスタ数の増加は、プロセッサの高速化と効率化を意味します。つまり、同じ価格の電子製品のパフォーマンスは 18 ～ 24 か月ごとに 2 倍になります。

そのため、急成長する IT 業界で足場を築くために、チップメーカーはより小型のトランジスタの開発に注力してきました。トランジスタのサイズは、1907 年の 100 ミリメートルから今日では 14 ナノメートルにまで飛躍的に増加しました。昨年10月、米国ローレンス・バークレー国立研究所の研究チームはさらに一歩進んで、ゲート（トランジスタ内の電流を制御する部品）の長さがわずか1ナノメートルというDNA鎖（2.5ナノメートル）よりも短いトランジスタの開発に成功した。

しかし、チップ技術の継続的な発展に伴い、「ムーアの法則」は徐々に物理法則の限界に遭遇し、21世紀初頭から「減速」の兆候を見せています。現在、トランジスタのサイズはナノメートルレベルに達しており、さらに微細化する可能性は徐々に小さくなってきています。 「ムーアの法則」の発展軌道は限界に達したようだ。

実際、チップ業界もトランジスタのサイズが下限に近づいているという現実を認識しています。昨年、インテル、AMD、グローバルファウンドリーズが代表を務める米国半導体工業会は、2021年までにシリコントランジスタのサイズを縮小することは経済的に実行可能ではなくなるだろうとする報告書を発表した。代わりに、チップは別の方法で変化します。

新しいフォトニクスベースのチップがこの行き詰まりを打破するかもしれない

最近、研究者たちは、情報をより効率的に処理できる新しいチップを開発することを目指して、トランジスタの数を増やすことからトランジスタの効率を向上させることに徐々に焦点を移しています。 「フォトニクスと組み合わせたチップ技術がエレクトロニクス産業の未来となるでしょう。」 - ミシガン大学の材料科学者アルナブ・ハザリ氏を代表とする科学者らは述べた。

現在、トランジスタは電子の動きを利用して情報を転送しています。チップ内では光子は電磁抵抗の影響を受けないため、光子の伝播速度は電子よりも速く、20倍以上に達します。これは、半導体回路内の電子信号を光子に置き換えれば、チップのサイズを変えずにコンピューターの計算速度を数十倍に高めることができることを意味します。「ムーアの法則」の論理に従えば、この目標を達成するには十数年かかります。

近年、科学者によるフォトニックチップ研究の画期的な進歩により、このソリューションの実現可能性も確認されました。 2015年末、米国の研究チームがデータ伝送にレーザーを使用する世界初のフォトニックチップを開発した。このチップは、1平方ミリメートルあたり300Gbpsの速度で情報を処理でき、既存の標準プロセッサの10倍の速度です。これは、フォトニック チップがコンピューターの計算速度を向上させる大きな可能性を秘めていることを示しています。

さらに、多くの企業がこの変革の機会を捉え、新技術の研究開発の「戦い」に加わりました。たとえば、英国の企業 Optalysys は、ゲノムデータの処理に特化したフォトニック技術に基づく高性能コンピュータを開発しています。一方、フランスのLightOn社はレーザー技術に基づいたデータ処理システムの開発に取り組んでいます。

しかし、フォトニックチップの研究開発はまだ初期段階にあります。この技術が正式に導入され、実際に商業化されるためには、研究者たちは、新しいフォトニックチップを既存のコンピューターの電子経路とよりうまく統合する方法や、より安定した光子制御技術を実現する方法など、依然として多くの課題に直面しています。

アルナブ・ハザリ氏は、フォトニックデバイスは、数十年にわたって開発されてきた電子チップよりも現在のところ実行できるタスクが少ないと結論付けた。しかし、研究が進むにつれて、フォトニックチップはすぐに従来のチップに追いつき、新世代のコンピューターの中核技術になるでしょう。

今日頭条の青雲計画と百家曼の百+計画の受賞者、2019年百度デジタル著者オブザイヤー、百家曼テクノロジー分野最人気著者、2019年捜狗テクノロジー文化著者、2021年百家曼季刊影響力のあるクリエイターとして、2013年捜狐最優秀業界メディア人、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト北京3位、2015年光芒体験賞、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト決勝3位、2018年百度ダイナミック年間有力セレブなど、多数の賞を受賞しています。