Intervija ar Džanu Sjaoguanu no Pekinas pasta un telekomunikāciju universitātes: fotonisko mikroshēmu nožēlojamā situācija un nākotne

Pēdējos gados, strauji augot globālajai trafikai, interneta, mākslīgā intelekta un mākoņdatošanas lietojumprogrammu scenāriji turpina pieaugt, jo viena no nākotnes tendencēm ātrgaitas sakaru jomā arī fotoniskās mikroshēmas ir ievadījušas zelta attīstības periodu. Tāpat kā tās "priekšgājēja" shēma, optiskā shēma ir arī miniaturizācijas, jaudas samazināšanas un zemu izmaksu prasībās, kas saistītas ar integrācijas aicinājumu, tika izveidota integrētā optiskā mikroshēma (PIC), un tā ir kļuvusi par svarīgu mūsdienu sakaru nozares sastāvdaļu. nevar ignorēt. Lai vēl vairāk noskaidrotu integrētās tehnoloģijas sarežģītību un nākotni, Vikipēdijā bija klātienes saruna ar profesoru Džanu Sjaoguanu no Pekinas Pasta un telekomunikāciju universitātes (BUPT) Elektronikas inženieru skolas, pārrunājot pagātni un tagadni. fotonisko mikroshēmu kalpošanas laiks.
Sarunas sākumā profesors Džans Sjaoguangs pievērsās jautājumam: "Chip integrācijas tehnoloģija tagad ir ļoti nobriedusi, un to plaši izmanto dažādās elektroniskās ierīcēs, piemēram, mobilajos tālruņos, datoros, viedās mājas ierīcēs utt. visi izmanto mikroshēmu integrācijas tehnoloģiju. Tomēr Ķīnas mikroshēmu integrācijas tehnoloģijā joprojām ir trūkumi, un integrētās optiskās mikroshēmas ir viena no grūtībām."

Integrēta optiskā mikroshēma ir funkcionāla ķēde, ko veido mikroshēma, kurā ir divi vai vairāki fotoniskie komponenti, tādēļ nosaukums ir fotoniskā mikroshēma. Fotoniskajai mikroshēmai ir ātrgaitas paralēlisms un zems enerģijas patēriņš, un tās aprēķina ātrums un pārraides ātrums tūkstoš reižu pārsniedz elektronisko mikroshēmu enerģijas patēriņu, savukārt tā enerģijas patēriņš ir tikai viena deviņdesmit tūkstošdaļa no elektronisko mikroshēmu enerģijas patēriņa, un arī tās strukturālās prasības ir zemākas, parasti simt nanometru līmenī, tādējādi mazinot atkarību no progresīviem procesiem, un tā tiek uzskatīta par vispiemērotāko bāzes tehnoloģiju aritmētiskās jaudas attīstības vājās vietas risināšanai.
Runājot par darbības principu, fotoniskās mikroshēmas izmanto fotonus, lai pārraidītu, uztvertu, apstrādātu un piegādātu informāciju. Gaismas vadīšanai un virzīšanai tiek izmantoti viļņvadi, un, pateicoties pilnīgai iekšējai atstarošanai, fotoniskās mikroshēmas ir salīdzināmas ar vadiem, ko izmanto elektrisko signālu pārraidīšanai. Lāzera avots nodrošina komponentu vadīšanai nepieciešamo gaismu, līdzīgi kā ķēdes slēdzis. Izmantojot viļņvada savienojumus, vairākas sastāvdaļas var integrēt un izgatavot uz viena substrāta, radot stabilus un miniatūrus risinājumus. Fotonisko ķēžu komponenti var būt pasīvi un aktīvi, ar pasīviem komponentiem, tostarp slēdžiem un multipleksoriem, un aktīviem komponentiem, tostarp detektoriem un lāzeriem.
Salīdzinot ar elektroniskajām mikroshēmām, fotonisko mikroshēmu integrēšanas grūtības galvenokārt ir saistītas ar to diskrēto raksturu. No ražošanas viedokļa fotonisko integrēto mikroshēmu ražošana nav vienkārša lieta. Fotoniskajām ierīcēm ir trīsdimensiju struktūra, kas ir daudz sarežģītāka nekā pusvadītāju integrācijas divdimensiju struktūra. Lai mikroshēmā integrētu lāzerus, detektorus, modulatorus un citas ierīces, ir nepieciešams atkārtoti uzklāt un kodināt uz vairākiem dažādu materiālu plānslāņa dielektriskiem slāņiem, piemēram, indija fosfīdam, kas ir ļoti prasīgs iekārtu un procesa prasībām.
"Tomēr es joprojām esmu pārliecināts par šo grūtību pārvarēšanu iekšzemē." Profesors Džans Sjaoguangs sacīja: "Nozarē jau ir tendence uz silīciju balstītu integrāciju, jo šāda veida sistēmu integrācija jau ir samērā nobriedusi, un vietējie pētījumi par silīcija optiskajām mikroshēmām būtībā ir sinhronizēti ar pasauli. Bet kā izmantot silīciju kā optisko komponentu substrātu un realizēt tehnoloģiju masveida ražošanu, iekšpusē joprojām ir daudz grūtību, un tagad dažām ierīcēm, kas darbojas labāk mūsu eksperimentālajā procesā, joprojām ir jāpaļaujas uz importu.
Pēc profesora Džana Sjaoguana domām, starptautiskā mikroshēmu industrija ir attīstīta gadu desmitiem. Eiropa, Amerikas Savienotās Valstis, Japāna un citas valstis optisko mikroshēmu nozarē sāka agrāk, vadošās tehnoloģijas. Amerikas Savienotās Valstis jau sen ir izveidojušas "Nacionālo fotonisko integrētās ražošanas inovāciju institūtu", lai izveidotu platformu integrētu fotonisko ierīču izstrādei un sagatavošanai; Eiropas Savienībai īstenot programmu "Apvārsnis 2020", koncentrējoties uz optoelektroniskās integrācijas pētniecības projektu izvēršanu; Japāna īstenot "Progresīvās pētniecības un attīstības programmu", "Progresīvās pētniecības un attīstības programmu". Japāna īsteno "Advanced pētniecības un attīstības programmu", optoelektronisko kodolsintēzes sistēmu tehnoloģiju attīstības projektu izvietošanu. Aizjūras optisko mikroshēmu uzņēmumiem ir pirmā virzītāja priekšrocība, uzkrājot galvenās tehnoloģijas un ražošanas procesus, un pakāpeniski īstenojot nozares slēgto cilpu, lai izveidotu augstus nozares šķēršļus.
Iekšzemes optisko mikroshēmu ražotājiem papildus vafeļu epitaksijai parasti ir arī back-end apstrādes iespējas, optiskās mikroshēmas kodola epitaksiālā tehnoloģija nav nobriedusi, augstas klases epitaksiālā vafele starptautiskai epitaksiālo iekārtu iepirkumam, ierobežojot augstas klases optiskās mikroshēmas attīstību. Lāzera mikroshēma, piemēram, Ķīna var masveidā ražot 10G un sekojošu zema un vidēja ātruma lāzera mikroshēmu, bet 25G lāzerčipu izmanto tikai neliels skaits pārdevēju, lai realizētu partijas sūtījumu, 25G vai lielāka ātruma lāzera mikroshēma lielākā daļa pārdevēju ir joprojām atrodas pētniecības un attīstības vai neliela apjoma izmēģinājuma ražošanas stadijā.
Laikā, kad vietējās tehnoloģijas bija novēloti, iekšzemes mikroshēmu integrācijas pētījumi drīzāk stāv ārvalstu gatavu pētījumu rezultātu augstumos, lai attīstītos un ieviestu jauninājumus, mainoties iekšzemes augstākā līmeņa starptautiskajam formām. -Tehnoloģiju nozare tehnoloģiju jomā ir saņēmusi arvien vairāk ierobežojumu, bet arī liek lielākam skaitam cilvēku apzināties tehnoloģiskās pašpaļāvības nozīmi. Ķīna uzsāka "liela mēroga fotonisko integrēto mikroshēmu" jau 2016. gadā, Ķīnas Zinātņu akadēmijas stratēģiskos izmēģinājuma zinātniskos un tehnoloģiskos īpašos projektus, veicinot vietējo neatkarīgu inovāciju enerģisku attīstību.
"Tomēr vissvarīgākais, lai valsts sasniegtu reālus industriālos sasniegumus, ir sistēmas uzbūve," sarunas noslēgumā uzsvēra prof. Džans Sjaoguans, "no faktiskās ražošanas viedokļa vissvarīgākais ir solis, lai sasniegtu pašpaļāvību, ir izveidot kopējo industriālo sistēmu, jo īpaši, pilnīga procesa plūsmas komplekta izveidošana, ja principu var saprast, pirmkārt, tad ir nepieciešams izveidot sistēmu. principu, ka visi var tikt cauri, jo nenobriedis process nevar garantēt produkta ražu, neatkarīga inovācija joprojām ir tikai uz papīra."