Pekin Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi'nden Zhang Xiaoguang ile Röportaj: Fotonik Çiplerin Durumu ve Geleceği

Son yıllarda küresel trafiğin hızla büyümesiyle birlikte internet, yapay zeka ve bulut bilişim uygulama senaryoları da artmaya devam ederken, yüksek hızlı iletişimde geleceğin trendlerinden biri olan fotonik çipler de altın bir gelişim dönemini başlattı. "Önceki" devre gibi, optik devre de entegrasyon çağrısının minyatürleştirme, güç azaltma ve düşük maliyet gereksinimleri içindedir, entegre optik çip (PIC) ortaya çıktı ve modern iletişim endüstrisinin önemli bir parçası haline geldi Yoksayılamaz. Entegre teknolojinin çıkmazını ve geleceğini daha da açıklığa kavuşturmak için Vikipedi, Pekin Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi (BUPT) Elektronik Mühendisliği Okulu'ndan Prof. Zhang Xiaoguang ile geçmişi ve bugünü tartışan yüz yüze bir görüşme gerçekleştirdi. fotonik çiplerin ömrü.
Konuşmanın başında Prof. Zhang Xiaoguang doğrudan konuya girdi: "Çip entegrasyon teknolojisi artık çok olgunlaştı ve cep telefonları, bilgisayarlar, akıllı ev cihazları vb. gibi çeşitli elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılıyor. hepsi çip entegrasyon teknolojisini kullanıyor. Ancak Çin'in çip entegrasyon teknolojisinde hâlâ eksiklikler var ve entegre optik çipler de zorluklardan biri."

Entegre bir optik çip, iki veya daha fazla fotonik bileşen içeren bir mikro çipten oluşan işlevsel bir devredir; dolayısıyla fotonik çip adı da buradan gelir. Fotonik çip, yüksek hızlı paralellik ve düşük güç tüketimi avantajlarına sahiptir ve hesaplama hızı ve iletim hızı, elektronik çiplerin bin katı iken, güç tüketimi, elektronik çiplerin yalnızca doksan binde biri kadardır ve yapısal gereksinimleri de daha düşük olup, genellikle yüz nanometre düzeyindedir, bu da gelişmiş süreçlere olan bağımlılığı azaltır ve aritmetik gücün gelişimindeki darboğazı çözmek için en uygun temel teknoloji olarak kabul edilir.
Çalışma prensibi açısından fotonik çipler, bilgiyi iletmek, algılamak, işlemek ve iletmek için fotonları kullanır. Işığı kontrol etmek ve yönlendirmek için dalga kılavuzlarından yararlanılır ve toplam iç yansıma sayesinde fotonik çipler, elektrik sinyallerini iletmek için kullanılan tellerle karşılaştırılabilir. Bir lazer kaynağı, devredeki bir anahtara benzer şekilde, bileşenleri çalıştırmak için gereken ışığı sağlar. Dalga kılavuzu bağlantıları aracılığıyla birden fazla bileşen tek bir alt tabaka üzerinde entegre edilip üretilebilir, böylece sağlam ve minyatürleştirilmiş çözümler yaratılabilir. Fotonik devrelerdeki bileşenler, anahtarlar ve çoklayıcılar dahil olmak üzere pasif bileşenler ve dedektörler ve lazerler dahil olmak üzere aktif bileşenler ile pasif ve aktif olabilir.
Elektronik çiplerle karşılaştırıldığında fotonik çiplerin entegrasyonunun zorluğu esas olarak bunların ayrık doğasından kaynaklanmaktadır. Üretim açısından bakıldığında fotonik entegre çip üretimi kolay bir şey değil. Fotonik cihazlar, yarı iletken entegrasyonun iki boyutlu yapısından çok daha karmaşık olan üç boyutlu bir yapıya sahiptir. Lazerleri, dedektörleri, modülatörleri ve diğer cihazları çipe entegre etmek için, ekipman ve proses gereksinimleri açısından çok zorlu olan indiyum fosfit gibi farklı malzemelerden oluşan çok sayıda ince film dielektrik katmanını tekrar tekrar biriktirmek ve aşındırmak gerekir.
"Ancak yurt içinde bu zorlukların üstesinden geleceğime hâlâ güveniyorum." Prof. Zhang Xiaoguang şunları söyledi: "Bu tür sistem entegrasyonu zaten nispeten olgun olduğundan ve silikon optik çipler üzerine yurt içi araştırmalar temel olarak dünyayla senkronize olduğundan, sektörde zaten silikon bazlı entegrasyona yönelik bir eğilim var. Ama nasıl yapılır? Optik bileşenlerin alt katmanı olarak silikon kullanıyoruz ve seri üretim teknolojisini gerçekleştiriyoruz, içeride hala birçok zorluk var ve şimdi deneysel sürecimizde daha iyi performans gösteren bazı cihazların hala ithalata bağımlı olması gerekiyor."
Prof. Zhang Xiaoguang'a göre uluslararası çip endüstrisi onlarca yıldır geliştirildi. Avrupa, Amerika Birleşik Devletleri, Japonya ve diğer ülkelerde optik çip endüstrisi daha erken başlamış ve teknolojiye öncülük etmiştir. Amerika Birleşik Devletleri, fotonik entegre cihazların geliştirilmesi ve hazırlanmasına yönelik bir platform oluşturmak amacıyla uzun süredir "Ulusal Fotonik Entegre Üretim Yenilik Enstitüsü"nü kurmuştur; Avrupa Birliği'nin optoelektronik entegrasyon araştırma projelerinin yaygınlaştırılmasına odaklanan "Ufuk 2020" programını uygulaması; Japonya, "İleri Araştırma ve Geliştirme Programı", "İleri Araştırma ve Geliştirme Programı"nı uygulayacak. Japonya'nın "İleri Araştırma ve Geliştirme Programı"nı uygulaması, optoelektronik füzyon sistemi teknolojisi geliştirme projelerinin devreye alınması. Denizaşırı optik çip şirketleri, temel teknolojilerin ve üretim süreçlerinin birikmesi yoluyla ilk hamle avantajına sahiptir ve yüksek endüstri engelleri oluşturmak için yavaş yavaş endüstrinin kapalı döngüsünü gerçekleştirmektedir.
Yerli optik çip üreticileri genellikle levha epitaksisine ek olarak arka uç işleme yeteneklerine sahiptir, optik çip çekirdeği epitaksiyel teknolojisi olgunlaşmamıştır, uluslararası epitaksiyel tesis tedarikine yönelik üst düzey epitaksiyel levha, üst düzey optik çipin gelişimini sınırlamaktadır. Örneğin, Çin lazer çipi, 10G ve aşağıdaki düşük ve orta hızlı lazer çipinin seri üretimini ölçeklendirebilir, ancak 25G lazer çipi yalnızca az sayıda satıcının toplu sevkiyatını gerçekleştirmesi için, satıcıların çoğu 25G veya daha yüksek hızdaki lazer çipini gerçekleştirebilir. halen Ar-Ge veya küçük ölçekli deneme üretim aşamasındadır.
Yerli teknolojinin bir önceki geç başlangıcında, yerli çip entegrasyonu araştırması, yerli yüksek teknolojinin uluslararası biçimindeki değişikliklerle birlikte, yabancı ülkelerin geliştirmek ve yenilemek için hazır araştırma sonuçlarının yüksekliğinde durmaktan daha fazlasıdır. -Teknoloji endüstrisi teknoloji alanında giderek daha fazla kısıtlamaya maruz kaldı, ancak aynı zamanda daha fazla insanın teknolojik olarak kendine güvenmenin önemini fark etmesini sağladı. Çin, Çin Bilimler Akademisi'nin stratejik pilot bilimsel ve teknolojik özel projeleri olan ve yerli bağımsız inovasyonun güçlü gelişimini destekleyen "büyük ölçekli fotonik entegre çipi" 2016 gibi erken bir tarihte başlattı.
Prof. Zhang Xiaoguang konuşmanın sonunda şunları vurguladı: "Ancak, ülkenin gerçek endüstriyel atılımlara ulaşması için en önemli şey sistemin inşasında yatmaktadır." "Gerçek üretim açısından bakıldığında, en önemli şey sistemin inşasıdır." Kendi kendine yetmeyi başarmanın adımı, genel endüstriyel sistemin kurulması, özellikle de tam bir süreç akışı dizisinin oluşturulmasıdır, eğer prensip ilk etapta anlaşılabiliyorsa, o zaman sistemin kurulması gereklidir. Herkesin başarabileceği ilkesi, olgunlaşmamış süreç nedeniyle ürün verimini garanti edemediğinden, bağımsız inovasyon hala sadece kağıt üzerindedir."