Silicon lại bùng lên: bài viết mới tiết lộ tiềm năng của nó

Phô-toni là một lĩnh vực hứa hẹn thay đổi hoàn toàn công nghệ cao nhờ sử dụng ánh sáng (bức xạ hồng ngoại hoặc quang phổ nhìn thấy được) làm phương tiện truyền tín hiệu. Tuy nhiên, kích thước của các ống dẫn photon và mạch logic thường lớn hơn nhiều lần so với các thành phần điện tử silicon tương đương. Điều này tạo ra những khó khăn nghiêm trọng khi xem xét việc áp dụng phô-toni cho các phép tính nặng, ví dụ như huấn luyện mô hình ngôn ngữ lớn (LLM). Các mạng neural sâu yêu cầu hàng trăm tỷ và thậm chí hàng nghìn tỷ phép nhân ma trận; nếu mỗi phép nhân này được thực hiện trên một nút vật lý riêng biệt của bộ xử lý photon, khối lượng thiết bị cần thiết sẽ vượt quá mọi giới hạn hợp lý.

Thêm vào đó, việc chế tạo các mạch photon quy mô lớn đòi hỏi toàn bộ chu trình công nghệ: silicon – là vật liệu đã gần đạt tới sự hoàn hảo trong vi điện tử, nhưng không phù hợp cho việc sắp xếp và xử lý bức xạ hồng ngoại do tính chất vô cực của nó. Do đó ngay cả những nguyên mẫu triển vọng nhất của máy tính photon vẫn còn đắt đỏ, to lớn và khó sản xuất.

Tại sao phô-toni silicon vẫn được kỳ vọng?

1. Không có quang phổ trực tiếp của silicon
Khi electron chuyển từ trạng thái tự do sang trạng thái liên kết kèm phát ra photon, sẽ xảy ra mất năng lượng và thời gian bổ sung, khiến các diode laser silicon trở nên vô cùng không hiệu quả.

2. Giải pháp lai
Để tạo ra mạch tích hợp quang học (PIC) sử dụng công nghệ lai: ống dẫn và mạch logic được chế tạo trên tấm silicon-on-insulator (SOI), trong khi mini và nano laser được làm từ các vật liệu có quang phổ trực tiếp phù hợp hơn. Điều này khiến PIC không chỉ lớn hơn so với các mạch tích hợp truyền thống mà còn đắt đỏ hơn trong sản xuất.

3. Độ nhạy kinh tế của LLM
Các mô hình ngôn ngữ lớn hiện nay phụ thuộc mạnh vào chi phí “cứng” mà chúng chạy trên đó. Mạch lai thường thua kém so với các giải pháp tích hợp đơn lẻ về chi phí sản xuất.

4. Vấn đề mở rộng vật liệu có quang phổ trực tiếp
Việc sử dụng bán dẫn có quang phổ trực tiếp cho tất cả các thành phần (ống dẫn, mạch và laser) sẽ đòi hỏi một chu kỳ đầu tư thập niên vào một ngành công nghiệp vi xử lý hoàn toàn mới – điều gần như không thể trong điều kiện kinh tế vĩ mô hiện tại.

Tại sao vẫn coi nhánh silicon của phô-toni là triển vọng?

Silicon là nguyên tố thứ hai phổ biến nhất trên Trái Đất, và nhân loại đã hơn nửa thế kỷ làm việc với nó. Điều này làm cho silicon trở nên hấp dẫn trong phát triển công nghệ mới:

- Hạ tầng hiện có – hàng triệu nhà máy, chuyên gia và nhà cung cấp linh kiện.
- Tiềm năng tích hợp – khả năng kết hợp phô-toni với các bộ xử lý silicon hiện tại.

Vào tháng Tư 2026, các nhà nghiên cứu từ Đại học California (tên không được đề cập) đã trình bày một phương pháp mới có thể thúc đẩy đáng kể sự phát triển của phô-toni silicon và làm cho nó cạnh tranh hơn so với các giải pháp lai.

Kết luận:

Phô-toni hứa hẹn cách mạng trong công nghệ cao, nhưng hiện vẫn gặp phải những rào cản kỹ thuật và kinh tế nghiêm trọng. Phô-toni silicon vẫn là một trong những con đường thực tiễn nhất cho sự phát triển của nó nhờ vào cơ sở hạ tầng đã tồn tại và kinh nghiệm làm việc với silicon. Các nghiên cứu mới vào năm 2026 có thể thay đổi cân bằng giữa các giải pháp lai và đơn lẻ, mở ra những khả năng mới cho tính toán photon quy mô lớn.