Intervju med Zhang Xiaoguang från Pekings universitet för post och telekommunikation: Fotonchips situation och framtid

Under de senaste åren, med den snabba tillväxten av global trafik, fortsätter Internet, artificiell intelligens och applikationsscenarier för molnberäkningar att öka, eftersom en av de framtida trenderna inom höghastighetskommunikation har fotonchip också inlett en gyllene utvecklingsperiod. Liksom sin "föregångare" krets, är den optiska kretsen också i miniatyrisering, effektminskning och lågkostnadskraven i uppmaningen till integration, integrerat optiskt chip (PIC) kom till och har blivit en viktig del av den moderna kommunikationsindustrin kan inte ignoreras. För att ytterligare klargöra situationen och framtiden för den integrerade tekniken, hade Wikipedia ett samtal ansikte mot ansikte med prof. Zhang Xiaoguang från School of Electronic Engineering, Beijing University of Post and Telecommunications (BUPT), och diskuterade dåtid och nutid. fotonchips liv.
I början av konversationen kom prof. Zhang Xiaoguang rakt på sak, "Chipintegreringsteknik är nu mycket mogen och används i stor utsträckning i olika elektroniska enheter, såsom mobiltelefoner, datorer, smarta hemenheter, och så vidare, alla använder chipintegrationsteknologi. Men det finns fortfarande brister i Kinas chipintegrationsteknik, och integrerade optiska chip är en av svårigheterna."

Ett integrerat optiskt chip är en funktionell krets som bildas av ett mikrochip som innehåller två eller flera fotoniska komponenter, därav namnet fotoniskt chip. Det fotoniska chippet har fördelarna med höghastighets-parallellism och låg strömförbrukning, och dess beräkningshastighet och överföringshastighet är tusen gånger högre än för elektroniska chip, medan dess strömförbrukning bara är en nittiotusendel av den för elektroniska chip, och dess strukturella krav är också lägre, i allmänhet på hundra nanometernivå, vilket minskar beroendet av avancerade processer, och det anses vara den mest lämpliga underliggande tekniken för att lösa flaskhalsen i utvecklingen av aritmetisk kraft.
När det gäller arbetsprincipen använder fotoniska chips fotoner för att överföra, känna av, bearbeta och leverera information. Vågledare används för att styra och rikta ljuset, och genom total intern reflektion är fotoniska chips jämförbara med ledningar som används för att överföra elektriska signaler. En laserkälla ger det ljus som behövs för att driva komponenterna, liknande en switch i en krets. Genom vågledaranslutningar kan flera komponenter integreras och tillverkas på ett enda substrat, vilket skapar robusta och miniatyriserade lösningar. Komponenter i fotoniska kretsar kan vara passiva och aktiva, med passiva komponenter inklusive switchar och multiplexorer och aktiva komponenter inklusive detektorer och lasrar.
Jämfört med elektroniska chip beror svårigheten att integrera fotoniska chip främst på deras diskreta natur. Ur tillverkningssynpunkt är fotonisk integrerad chiptillverkning inte en lätt sak. Fotoniska enheter har en tredimensionell struktur, mycket mer komplex än halvledarintegrationens tvådimensionella struktur. För att integrera lasrar, detektorer, modulatorer och andra enheter i chipet är det nödvändigt att upprepade gånger deponera och etsa på flera dielektriska tunnfilmsskikt av olika material, såsom indiumfosfid, vilket är mycket krävande för utrustningen och processkraven.
"Men jag är fortfarande säker på att övervinna dessa svårigheter på hemmaplan." Prof. Zhang Xiaoguang sa: "Det finns redan en trend mot kiselbaserad integration i branschen, eftersom denna typ av systemintegration redan är relativt mogen, och inhemsk forskning om optiska kiselchips har i princip synkroniserats med världen. Men hur använder kisel som substrat för optiska komponenter och realiserar teknikens massproduktion, det finns fortfarande många svårigheter på insidan, och nu måste några av de enheter som presterar bättre i vår experimentella process fortfarande förlita sig på import."
Enligt professor Zhang Xiaoguangs åsikt har den internationella chipindustrin utvecklats i decennier. Europa, USA, Japan och andra länder i den optiska chipindustrin började tidigare, ledande teknik. USA har sedan länge etablerat "National Institute for Photonic Integrated Manufacturing Innovation" för att skapa en plattform för utveckling och förberedelse av fotoniskt integrerade enheter; Europeiska unionen att genomföra programmet "Horizon 2020", med fokus på utbyggnaden av forskningsprojekt för optoelektronisk integration; Japan för att genomföra "Avancerad forsknings- och utvecklingsprogram", "Avancerad forsknings- och utvecklingsprogram". Japans genomförande av "Advanced Research and Development Program", utbyggnaden av optoelektroniska fusionssystem teknikutvecklingsprojekt. Utomeuropeiska optiska chip företag har en first-mover fördel, genom ackumulering av kärnteknik och produktionsprocesser, och gradvis förverkliga industrin sluten slinga, för att etablera en hög industri barriärer.
Inhemska tillverkare av optiska chip har i allmänhet back-end bearbetningskapacitet utöver wafer epitaxi, är optisk chip kärna epitaxial teknik inte mogen, high-end epitaxial wafer till internationell epitaxial anläggning upphandling, vilket begränsar utvecklingen av high-end optiskt chip. Laser chip, till exempel, Kina kan skala massproduktion av 10G och följande låg och medelhög hastighet laserchip, men 25G laser chip bara ett litet antal leverantörer för att realisera batch leverans, 25G eller mer hastighet laserchip de flesta av leverantörerna är fortfarande i FoU- eller småskalig försöksproduktion.
Vid tidpunkten för den tidigare sena starten av inhemsk teknik, är den inhemska chipintegrationsforskningen mer att stå i höjden av de färdiga forskningsresultaten från främmande länder för att utveckla och förnya, med förändringarna i den internationella formen av den inhemska höga -Teknisk industri inom teknikområdet har fått fler och fler restriktioner, men får också fler att inse vikten av teknisk självtillit. Kina lanserade det "storskaliga fotoniska integrerade chipet" så tidigt som 2016, den kinesiska vetenskapsakademin strategiska pilotprojekt för vetenskapliga och tekniska specialprojekt, som främjar den kraftfulla utvecklingen av inhemsk oberoende innovation.
"Men det viktigaste för landet att uppnå verkliga industriella genombrott ligger i konstruktionen av systemet", betonade professor Zhang Xiaoguang i slutet av föredraget, "ur den faktiska produktionens synvinkel, det viktigaste steg för att uppnå självförtroende är att etablera det övergripande industriella systemet, i synnerhet bildandet av en komplett uppsättning processflöden, om principen kan förstås i första hand, är det nödvändigt att etablera systemet. principen om fallet med alla kan komma igenom, på grund av den omogna processen kan inte garantera produktens avkastning, oberoende innovation är fortfarande bara på papper."