Intervju med Zhang Xiaoguang fra Beijing University of Posts and Telecommunications: The Plight And Future Of Photonic Chips

De siste årene, med den raske veksten av global trafikk, fortsetter Internett, kunstig intelligens og cloud computing-applikasjonsscenarier å øke, som en av de fremtidige trendene innen høyhastighetskommunikasjon, har fotoniske brikker også innledet en gylden utviklingsperiode. I likhet med sin "forgjenger" krets, er den optiske kretsen også i miniatyrisering, strømreduksjon og lavkostnadskrav til integrasjon, integrert optisk brikke (PIC) ble til, og har blitt en viktig del av den moderne kommunikasjonsindustrien kan ikke ignoreres. For ytterligere å avklare vanskeligheten og fremtiden til den integrerte teknologien, hadde Wikipedia en samtale ansikt til ansikt med prof. Zhang Xiaoguang fra School of Electronic Engineering, Beijing University of Post and Telecommunications (BUPT), og diskuterte fortid og nåtid. livet til fotoniske brikker.
I begynnelsen av samtalen kom prof. Zhang Xiaoguang rett til poenget: "Chip-integreringsteknologi er nå veldig moden, og er mye brukt i ulike elektroniske enheter, som mobiltelefoner, datamaskiner, smarthusenheter og så videre, alle bruker brikkeintegrasjonsteknologi. Det er imidlertid fortsatt mangler i Kinas brikkeintegrasjonsteknologi, og integrerte optiske brikker er en av vanskelighetene."

En integrert optisk brikke er en funksjonell krets dannet av en mikrobrikke som inneholder to eller flere fotoniske komponenter, derav navnet fotonisk brikke. Den fotoniske brikken har fordelene med høyhastighets parallellitet og lavt strømforbruk, og dens beregningshastighet og overføringshastighet er tusen ganger høyere enn elektroniske brikker, mens strømforbruket bare er en nittitusendel av elektroniske brikker, og dens strukturelle krav er også lavere, vanligvis på hundre-nanometer-nivå, og reduserer dermed avhengigheten av avanserte prosesser, og det anses å være den mest egnede underliggende teknologien for å løse flaskehalsen i utviklingen av aritmetisk kraft.
Når det gjelder arbeidsprinsipp, bruker fotoniske brikker fotoner til å overføre, føle, behandle og levere informasjon. Bølgeledere brukes til å kontrollere og styre lyset, og gjennom total intern refleksjon er fotoniske brikker sammenlignbare med ledninger som brukes til å overføre elektriske signaler. En laserkilde gir lyset som trengs for å drive komponentene, lik en bryter i en krets. Gjennom bølgelederforbindelser kan flere komponenter integreres og produseres på ett enkelt underlag, og skaper robuste og miniatyriserte løsninger. Komponenter i fotoniske kretser kan være passive og aktive, med passive komponenter inkludert brytere og multipleksere og aktive komponenter inkludert detektorer og lasere.
Sammenlignet med elektroniske brikker, skyldes vanskeligheten med å integrere fotoniske brikker hovedsakelig deres diskrete natur. Fra et produksjonssynspunkt er fotonisk integrert brikkeproduksjon ikke en enkel ting. Fotoniske enheter har en tredimensjonal struktur, mye mer kompleks enn den todimensjonale strukturen til halvlederintegrasjonen. For å integrere lasere, detektorer, modulatorer og andre enheter i brikken, er det nødvendig å gjentatte ganger deponere og etse på flere tynnfilms dielektriske lag av forskjellige materialer, for eksempel indiumfosfid, som er svært krevende for utstyrs- og prosesskravene.
"Men jeg er fortsatt trygg på å overvinne disse vanskelighetene innenlands." Prof. Zhang Xiaoguang sa: "Det er allerede en trend mot silisiumbasert integrasjon i industrien, ettersom denne typen systemintegrasjon allerede er relativt moden, og innenlandsk forskning på optiske silisiumbrikker er i utgangspunktet synkronisert med verden. Men hvordan bruke silisium som underlag for optiske komponenter og realisere teknologien masseproduksjon, det er fortsatt mange vanskeligheter på innsiden, og nå må noen av enhetene som yter bedre i vår eksperimentelle prosess fortsatt stole på import."
Etter prof. Zhang Xiaoguangs mening har den internasjonale chipindustrien blitt utviklet i flere tiår. Europa, USA, Japan og andre land i den optiske brikkeindustrien startet tidligere, ledende teknologi. USA har lenge etablert "National Institute for Photonic Integrated Manufacturing Innovation" for å skape en plattform for utvikling og klargjøring av fotoniske integrerte enheter; Den europeiske union for å implementere "Horizon 2020"-programmet, med fokus på distribusjon av optoelektroniske integrasjonsforskningsprosjekter; Japan for å implementere "Advanced Research and Development Program", "Advanced Research and Development Program". Japans implementering av "Advanced Research and Development Program", distribusjon av optoelektroniske fusjonssystem teknologiutviklingsprosjekter. Oversjøiske optiske chip selskaper har en first-mover fordel, gjennom akkumulering av kjerneteknologi og produksjonsprosesser, og gradvis realisere industrien lukket sløyfe, for å etablere en høy industri barrierer.
Innenlandske produsenter av optisk brikke har generelt back-end prosesseringsevne i tillegg til wafer epitaksi, optisk chip kjerne epitaksial teknologi er ikke moden, high-end epitaksial wafer til internasjonal epitaksial anlegg anskaffelse, begrenser utviklingen av high-end optisk chip. Laser chip, for eksempel, Kina kan skalere masseproduksjon av 10G og følgende lav og middels hastighet laser chip, men 25G laser chip bare et lite antall leverandører for å realisere batch forsendelse, 25G eller mer rate laser chip de fleste av leverandørene er fortsatt i FoU- eller småskala prøveproduksjonsstadiet.
På tidspunktet for den forrige sene starten av innenlandsk teknologi, er den innenlandske chipintegrasjonsforskningen mer å stå i høyden av de ferdige forskningsresultatene fra fremmede land for å utvikle og innovere, med endringene i den internasjonale formen for den innenlandske høye -teknologiindustrien innen teknologi har fått flere og flere restriksjoner, men får også flere til å innse viktigheten av teknologisk selvtillit. Kina lanserte "storskala fotonisk integrert brikke" så tidlig som i 2016, det kinesiske vitenskapsakademiet strategiske pilotprosjekter for vitenskapelige og teknologiske spesialprosjekter, som fremmer den kraftige utviklingen av innenlandsk uavhengig innovasjon.
«Det viktigste for landet for å oppnå reelle industrielle gjennombrudd ligger imidlertid i konstruksjonen av systemet», understreket prof. Zhang Xiaoguang på slutten av foredraget, «fra den faktiske produksjonens synspunkt, det viktigste. trinn for å oppnå selvtillit er å etablere det generelle industrielle systemet, spesielt dannelsen av et komplett sett med prosessflyt, hvis prinsippet kan forstås i utgangspunktet, er det nødvendig å etablere systemet. prinsippet om saken til alle kan komme gjennom, på grunn av den umodne prosessen kan ikke garantere produktutbyttet, uavhengig innovasjon er fortsatt bare på papiret."