布景
金属氧化物半导体场效应晶体管是大多数集成电路的根底，可是它们受制于摩尔定律。摩尔定律指出：“当价格不变时，集成电路上可包容的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，功能也将提高一倍。”
摩尔定律-集成电路芯片上晶体管数量（1976-2016）（图片来历：维基百科）
但是，这儿存在着一个固有的约束，这个约束根据处理器芯片的尺度与电子的量子力学特性之间的相关办法。换句话说，5纳米可谓晶体管的物理极限。一旦晶体管尺度低于这个数字，因为“量子隧穿效应”，电子将不再受制于欧姆定律，穿越了原本无法穿越的势垒。这样会引起集成电路的漏电现象，让晶体管变得不再牢靠。
并行处理，可以部分解决摩尔定律所带来的问题。在并行处理中，多个处理器可以一起打开运算。但是，这个计划并不是对每个运用都有用。
立异
但是，值得幸亏的是，光子并不恪守摩尔定律。因而，在美国物理研究所出书的《APL Photonics》期刊上宣布的一篇论文中，研究人员们提出了另一项技能，即选用光线在集成电路中传输数据。
下图所示：用于数字核算的电子集成电路的演进与瓶颈；云核算与雾核算的比照，以及 PAXEL 设备的运用。
（图片来历：Ken-ichi Kitayama）
现在，许多新的科研发展都选用光子集成电路（PICs）替代电子集成电路。例如，德国明斯特大学、英国牛津大学和埃克塞特大学开宣布一款新式芯片。它含有人工神经元网络，这种人工神经元能在光线效果下作业，并可以仿照人脑神经元与突触的行为。
根据光线的脑启示芯片示意图。（图片来历：Johannes Feldmann）
再例如，美国麻省理工学院的研究人员开发的一款新式光子加速器，它选用愈加紧凑的光学元件和光学信号处理技能，显著地降低了能耗和芯片面积。这项技能使得芯片可以扩展运用到比电子神经网络大几个数量级的光学神经网络上。
（图片来历：麻省理工学院）
PAXEL 加速器也选用了这个办法，并选用节能的纳米光子器材，纳米光子器材是十分小的光子集成电路。
技能
纳米光子器材，例如 PAXEL 中选用的那些器材，以光速运转，并经过模仿的办法打开核算，将数据映射到不同的光强度等级上，然后以不同的光强度履行乘法或许加法。研究人员考虑将不同的 PAXEL 架构，运用于人工神经网络、储藏池核算、门逻辑、决议计划以及紧缩感知等各个范畴。
一个特别有意思的 PAXEL 运用便是所谓的雾核算。这种核算办法类似于云核算，但却选用接近“地上（事情初始发生的当地）”的核算资源（服务器）。平板电脑或许其他手持设备中的小型 PAXEL 可以检测信号，并经过5G无线链路向邻近的雾核算资源传输信息，进行数据剖析。
移动的硬件加速器经过5G网络与边际核算/雾核算通讯（图片来历：参考资料【1】）
价值
这项新技能有望运用于一系列范畴，包含医疗和兽医床边检测、确诊、药物和食物检测、生物防卫等。跟着越来越多的家用以及商用设备联网，咱们越来越需求更好的核算才能，包含以更高的能量功率传输数据。像 PAXEL 这样的发展将有助于满意这些需求。
关键字
摩尔定律、并行核算、光子集成电路、雾核算
参考资料
【1】Ken-ichi Kitayama, Masaya Notomi, Makoto Naruse, Koji Inoue, Satoshi Kawakami, Atsushi Uchida.Novel frontier of photonics for data processing—Photonic accelerator. APL Photonics, 2019; 4 (9): 090901 DOI: 10.1063/1.5108912
【2】https://publishing.aip.org/publications/latest-content/using-light-to-speed-up-computation/
