Rozhovor so Zhang Xiaoguangom z Pekinskej univerzity pošty a telekomunikácií: Utrpenie a budúcnosť fotonických čipov

V posledných rokoch, s rýchlym rastom globálnej prevádzky, internet, umelá inteligencia a scenáre aplikácií cloud computingu neustále pribúdajú, pretože ako jeden z budúcich trendov vysokorýchlostnej komunikácie začali aj fotonické čipy zlaté obdobie vývoja. Rovnako ako jeho "predchodca" obvod, aj optický obvod je tiež v miniaturizácii, znižovaní výkonu a nízkych nákladoch požiadaviek na integráciu, vznikol integrovaný optický čip (PIC) a stal sa dôležitou súčasťou moderného komunikačného priemyslu. nemožno ignorovať. Aby sa ďalej objasnila ťažká situácia a budúcnosť integrovanej technológie, viedla Wikipedia osobný rozhovor s profesorom Zhang Xiaoguangom zo Školy elektronického inžinierstva na Pekinskej univerzite pôšt a telekomunikácií (BUPT) o minulosti a súčasnosti. životnosť fotonických čipov.
Na začiatku rozhovoru sa profesor Zhang Xiaoguang dostal priamo k veci: „Technológia integrácie čipov je teraz veľmi vyspelá a je široko používaná v rôznych elektronických zariadeniach, ako sú mobilné telefóny, počítače, inteligentné domáce zariadenia atď. všetky využívajú technológiu integrácie čipov. Stále však existujú nedostatky v technológii integrácie čipov v Číne a jedným z problémov sú integrované optické čipy.“

Integrovaný optický čip je funkčný obvod tvorený mikročipom obsahujúcim dve alebo viac fotonických komponentov, preto názov fotonický čip. Fotonický čip má výhody vysokorýchlostného paralelizmu a nízkej spotreby energie a jeho rýchlosť výpočtu a prenosová rýchlosť sú tisíckrát vyššie ako elektronické čipy, pričom jeho spotreba energie je len deväťdesiattisícina spotreby elektronických čipov a jej štrukturálne požiadavky sú tiež nižšie, spravidla na úrovni sto nanometrov, čím sa znižuje závislosť na pokročilých procesoch, a považuje sa za najvhodnejšiu základnú technológiu na riešenie úzkeho miesta rozvoja aritmetickej sily.
Pokiaľ ide o pracovný princíp, fotonické čipy využívajú fotóny na prenos, snímanie, spracovanie a dodávanie informácií. Vlnovody sa používajú na riadenie a smerovanie svetla a prostredníctvom úplného vnútorného odrazu sú fotonické čipy porovnateľné s drôtmi používanými na prenos elektrických signálov. Laserový zdroj poskytuje svetlo potrebné na ovládanie komponentov, podobne ako spínač v obvode. Prostredníctvom vlnovodných spojení je možné integrovať a vyrábať viaceré komponenty na jednom substráte, čím sa vytvárajú robustné a miniaturizované riešenia. Komponenty vo fotonických obvodoch môžu byť pasívne a aktívne, pričom pasívne komponenty zahŕňajú prepínače a multiplexory a aktívne komponenty vrátane detektorov a laserov.
V porovnaní s elektronickými čipmi je obtiažnosť integrácie fotonických čipov spôsobená najmä ich diskrétnou povahou. Z výrobného hľadiska nie je výroba fotonických integrovaných čipov jednoduchá vec. Fotonické zariadenia majú trojrozmernú štruktúru, oveľa zložitejšiu ako dvojrozmerná štruktúra polovodičovej integrácie. Pre integráciu laserov, detektorov, modulátorov a iných zariadení do čipu je potrebné opakovane nanášať a leptať na viacnásobné tenkovrstvové dielektrické vrstvy rôznych materiálov, ako je fosfid india, čo je veľmi náročné na zariadenie a procesné požiadavky.
"Stále som však presvedčený o prekonaní týchto ťažkostí na domácom trhu." Profesor Zhang Xiaoguang povedal: "V priemysle už existuje trend smerom k integrácii založenej na kremíku, pretože tento druh systémovej integrácie je už relatívne vyspelý a domáci výskum kremíkových optických čipov bol v podstate synchronizovaný so svetom. Ako však používať kremík ako substrát optických komponentov a realizovať technologickú masovú výrobu, vo vnútri je stále veľa ťažkostí a teraz sa niektoré zariadenia, ktoré fungujú lepšie v našom experimentálnom procese, stále musia spoliehať na dovoz."
Podľa názoru profesora Zhang Xiaoguanga sa medzinárodný priemysel čipov rozvíjal desaťročia. Európa, Spojené štáty americké, Japonsko a ďalšie krajiny v priemysle optických čipov začali skôr, ako vedúca technológia. Spojené štáty americké už dávno založili „Národný inštitút pre inováciu fotonickej integrovanej výroby“, aby vytvorili platformu pre vývoj a prípravu fotonických integrovaných zariadení; Európsku úniu, aby realizovala program „Horizont 2020“ so zameraním na zavádzanie výskumných projektov optoelektronickej integrácie; Japonsko zavedie „Program pokročilého výskumu a vývoja“, „Program pokročilého výskumu a vývoja“. Japonská implementácia „Programu pokročilého výskumu a vývoja“, nasadenie projektov rozvoja technológie optoelektronického fúzneho systému. Zámorské spoločnosti s optickými čipmi majú výhodu prvého ťahu prostredníctvom akumulácie základných technológií a výrobných procesov a postupne realizujú uzavretú slučku odvetvia, aby vytvorili vysoké priemyselné bariéry.
Domáci výrobcovia optických čipov majú vo všeobecnosti okrem epitaxie doštičky aj možnosti spracovania na zadnej strane, epitaxná technológia jadra optického čipu nie je vyspelá, špičková epitaxiálna doska pre medzinárodné obstarávanie epitaxných rastlín, čo obmedzuje vývoj špičkových optických čipov. Napríklad laserový čip, Čína môže škálovať hromadnú výrobu 10G a nasledujúcich laserových čipov s nízkou a strednou rýchlosťou, ale laserový čip 25G len malý počet dodávateľov na realizáciu hromadnej zásielky, laserový čip s rýchlosťou 25G alebo viac, väčšina predajcov stále v štádiu výskumu a vývoja alebo v malom rozsahu skúšobnej výroby.
V čase predchádzajúceho neskorého nástupu domácej technológie je domáci výskum integrácie čipov skôr stáť vo výške hotových výsledkov výskumu zahraničných krajín rozvíjať a inovovať, so zmenami v medzinárodnej podobe domácej vysokej -technický priemysel v oblasti technológií dostáva čoraz viac obmedzení, no zároveň si viac ľudí uvedomuje dôležitosť technologickej sebestačnosti. Čína už v roku 2016 spustila „veľký fotonický integrovaný čip“, strategické pilotné vedecké a technologické špeciálne projekty Čínskej akadémie vied, ktoré podporujú energický rozvoj domácich nezávislých inovácií.
"Najdôležitejšia vec, aby krajina dosiahla skutočné priemyselné prielomy, však spočíva v konštrukcii systému," zdôraznil na konci rozhovoru profesor Zhang Xiaoguang, "z pohľadu skutočnej výroby je najdôležitejší krokom k dosiahnutiu sebestačnosti je vytvorenie celkového priemyselného systému, najmä vytvorenie kompletného súboru procesného toku, ak možno princíp pochopiť v prvom rade, potom je potrebné vytvoriť systém. Princíp prípadu môže prejsť každý, pretože nezrelý proces nemôže zaručiť výnos produktu, nezávislá inovácia je stále len na papieri."