Interviu cu Zhang Xiaoguang de la Universitatea de Poștă și Telecomunicații din Beijing: situația și viitorul cipurilor fotonice

În ultimii ani, odată cu creșterea rapidă a traficului global, internetul, inteligența artificială și scenariile de aplicații cloud computing continuă să crească, fiind una dintre tendințele viitoare în comunicarea de mare viteză, cipurile fotonice au marcat, de asemenea, o perioadă de aur de dezvoltare. La fel ca circuitul său „predecesor”, circuitul optic se află, de asemenea, în cerințele de miniaturizare, reducere a puterii și costuri reduse ale cererii de integrare, cip optic integrat (PIC) a apărut și a devenit o parte importantă a industriei moderne de comunicații. nu poate fi ignorat. Pentru a clarifica în continuare situația dificilă și viitorul tehnologiei integrate, Wikipedia a avut o conversație față în față cu Prof. Zhang Xiaoguang de la Școala de Inginerie Electronică, Universitatea de Poștă și Telecomunicații din Beijing (BUPT), discutând despre trecut și prezent durata de viață a cipurilor fotonice.
La începutul conversației, prof. Zhang Xiaoguang a ajuns direct la subiect: „Tehnologia de integrare a cipurilor este acum foarte matură și este utilizată pe scară largă în diverse dispozitive electronice, cum ar fi telefoane mobile, computere, dispozitive inteligente de acasă și așa mai departe, toate folosind tehnologia de integrare a cipurilor. Cu toate acestea, există încă deficiențe în tehnologia de integrare a cipurilor din China, iar cipurile optice integrate sunt una dintre dificultăți."

Un cip optic integrat este un circuit funcțional format dintr-un microcip care conține două sau mai multe componente fotonice, de unde și denumirea de cip fotonic. Cipul fotonic are avantajele paralelismului de mare viteză și consumului redus de energie, iar viteza sa de calcul și rata de transmisie sunt de o mie de ori mai mari decât cele ale cipurilor electronice, în timp ce consumul său de energie este de doar o nouăzeci-mii din cel al cipurilor electronice și cerințele sale structurale sunt, de asemenea, mai scăzute, în general la nivelul sutei de nanometri, reducând astfel dependența de procese avansate și este considerată a fi cea mai potrivită tehnologie de bază pentru rezolvarea blocajului dezvoltării puterii aritmetice.
În ceea ce privește principiul de funcționare, cipurile fotonice utilizează fotoni pentru a transmite, detecta, procesa și furniza informații. Ghidurile de undă sunt utilizate pentru a controla și a direcționa lumina, iar prin reflexia internă totală, cipurile fotonice sunt comparabile cu firele folosite pentru a transmite semnale electrice. O sursă laser furnizează lumina necesară pentru a conduce componentele, similar unui comutator dintr-un circuit. Prin conexiunile ghidurilor de undă, mai multe componente pot fi integrate și fabricate pe un singur substrat, creând soluții robuste și miniaturizate. Componentele din circuitele fotonice pot fi pasive și active, cu componente pasive, inclusiv întrerupătoare și multiplexoare și componente active, inclusiv detectoare și lasere.
În comparație cu cipurile electronice, dificultatea integrării cipurilor fotonice se datorează în principal naturii lor discrete. Din punct de vedere al producției, fabricarea cipurilor integrate fotonice nu este un lucru ușor. Dispozitivele fotonice au o structură tridimensională, mult mai complexă decât structura bidimensională a integrării semiconductoarelor. Pentru a integra lasere, detectoare, modulatoare și alte dispozitive în cip, este necesar să se depună și să graveze în mod repetat pe mai multe straturi dielectrice cu peliculă subțire de diferite materiale, cum ar fi fosfura de indiu, care este foarte solicitantă pentru cerințele echipamentelor și procesului.
„Cu toate acestea, sunt încă încrezător în depășirea acestor dificultăți pe plan intern”. Prof. Zhang Xiaoguang a spus: „Există deja o tendință către integrarea pe bază de siliciu în industrie, deoarece acest tip de integrare a sistemului este deja relativ matur, iar cercetarea internă asupra cipurilor optice de siliciu a fost practic sincronizată cu lumea. folosiți siliciul ca substrat al componentelor optice și realizați producția în masă a tehnologiei, există încă o mulțime de dificultăți în interior, iar acum unele dintre dispozitivele care funcționează mai bine în procesul nostru experimental trebuie încă să se bazeze pe importuri."
În opinia prof. Zhang Xiaoguang, industria internațională de cipuri a fost dezvoltată de zeci de ani. Europa, Statele Unite, Japonia și alte țări din industria cipurilor optice au început mai devreme, tehnologia de vârf. Statele Unite ale Americii au înființat de multă vreme „Institutul Național pentru Inovare în Producție Integrată Fotonică” pentru a crea o platformă pentru dezvoltarea și pregătirea dispozitivelor integrate fotonice; Uniunea Europeană să implementeze programul „Orizont 2020”, cu accent pe implementarea proiectelor de cercetare în domeniul integrării optoelectronice; Japonia să pună în aplicare „Programul de cercetare și dezvoltare avansată”, „Programul de cercetare și dezvoltare avansată”. Implementarea de către Japonia a "Programului avansat de cercetare și dezvoltare", implementarea proiectelor de dezvoltare a tehnologiei optoelectronice a sistemului de fuziune. Companiile de cipuri optice de peste mări au un avantaj de primă mutare, prin acumularea de tehnologii de bază și procese de producție, și să realizeze treptat bucla închisă a industriei, pentru a stabili bariere mari ale industriei.
Producătorii autohtoni de cipuri optice au, în general, capacități de procesare back-end, în plus față de epitaxia plachetei, tehnologia epitaxială de miez cip optic nu este matură, napolitana epitaxiale de înaltă calitate la achiziționarea de plante epitaxiale internaționale, limitând dezvoltarea cipului optic high-end. Cipul laser, de exemplu, China poate scala producția de masă de 10G și următorul cip laser cu rată scăzută și medie, dar cip laser 25G doar un număr mic de vânzători pentru a realiza expedierea lotului, cip laser 25G sau mai mult, majoritatea vânzătorilor sunt încă în stadiul de cercetare și dezvoltare sau de producție de probă la scară mică.
La momentul începerii târzii anterioare a tehnologiei interne, cercetarea de integrare a cipurilor interne este mai mult să stea în înălțimea rezultatelor cercetării gata făcute din țări străine să se dezvolte și să inoveze, cu schimbările în forma internațională a nivelului intern ridicat -industria tehnologică în domeniul tehnologiei a primit din ce în ce mai multe restricții, dar face și mai mulți oameni să realizeze importanța încrederii în sine tehnologice. China a lansat "la scară largă cip fotonic integrat" încă din 2016, Academia Chineză de Științe pilot strategic proiecte științifice și tehnologice speciale, promovând dezvoltarea viguroasă a inovației interne independente.
„Totuși, cel mai important lucru pentru ca țara să obțină adevărate descoperiri industriale constă în construcția sistemului”, a subliniat prof. Zhang Xiaoguang la finalul discuției, „din punct de vedere al producției efective, cel mai important. pasul pentru a obține încrederea în sine este de a stabili sistemul industrial general, în special, formarea unui set complet de flux de proces, dacă principiul poate fi înțeles în primul rând, atunci este necesar să se stabilească sistemul. Principiul cazului tuturor poate trece, din cauza procesului imatur nu poate garanta randamentul produsului, inovarea independentă este încă doar pe hârtie."