Wawancara Dengan Zhang Xiaoguang Dari Universitas Pos dan Telekomunikasi Beijing: Penderitaan Dan Masa Depan Chip Fotonik

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pesatnya pertumbuhan lalu lintas global, skenario aplikasi Internet, kecerdasan buatan, dan komputasi awan terus meningkat, sebagai salah satu tren masa depan dalam komunikasi berkecepatan tinggi, chip fotonik juga telah memasuki periode emas perkembangan. Seperti sirkuit "pendahulunya", sirkuit optik juga dalam miniaturisasi, pengurangan daya dan persyaratan biaya rendah untuk integrasi, chip optik terintegrasi (PIC) muncul, dan telah menjadi bagian penting dari industri komunikasi modern tidak bisa diabaikan. Untuk lebih memperjelas kesulitan dan masa depan teknologi terintegrasi, Wikipedia melakukan percakapan tatap muka dengan Prof. Zhang Xiaoguang dari Fakultas Teknik Elektronika, Universitas Pos dan Telekomunikasi Beijing (BUPT), membahas masa lalu dan masa kini. kehidupan chip fotonik.
Di awal perbincangan, Prof. Zhang Xiaoguang langsung menyampaikan, “Teknologi integrasi chip saat ini sudah sangat matang, dan banyak digunakan di berbagai perangkat elektronik, seperti ponsel, komputer, perangkat rumah pintar, dan lain sebagainya. semuanya menggunakan teknologi integrasi chip. Namun, masih ada kekurangan dalam teknologi integrasi chip Tiongkok, dan chip optik terintegrasi adalah salah satu kesulitannya."

Chip optik terintegrasi adalah sirkuit fungsional yang dibentuk oleh mikrochip yang mengandung dua atau lebih komponen fotonik, oleh karena itu dinamakan chip fotonik. Chip fotonik memiliki keunggulan paralelisme berkecepatan tinggi dan konsumsi daya yang rendah, serta kecepatan kalkulasi dan laju transmisinya seribu kali lipat dari chip elektronik, sedangkan konsumsi dayanya hanya sepersembilan puluh ribu dari chip elektronik, dan persyaratan strukturalnya juga lebih rendah, umumnya pada tingkat seratus nanometer, sehingga mengurangi ketergantungan pada proses lanjutan, dan dianggap sebagai teknologi dasar yang paling cocok untuk memecahkan hambatan pengembangan tenaga aritmatika.
Dari segi prinsip kerja, chip fotonik memanfaatkan foton untuk mengirimkan, merasakan, memproses, dan menyampaikan informasi. Pandu gelombang digunakan untuk mengontrol dan mengarahkan cahaya, dan melalui refleksi internal total, chip fotonik sebanding dengan kabel yang digunakan untuk mengirimkan sinyal listrik. Sumber laser menyediakan cahaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan komponen, mirip dengan saklar dalam suatu rangkaian. Melalui koneksi pandu gelombang, beberapa komponen dapat diintegrasikan dan dibuat pada satu substrat, menciptakan solusi yang kuat dan mini. Komponen dalam rangkaian fotonik dapat bersifat pasif dan aktif, dengan komponen pasif termasuk sakelar dan multiplekser, serta komponen aktif termasuk detektor dan laser.
Dibandingkan dengan chip elektronik, kesulitan mengintegrasikan chip fotonik terutama disebabkan oleh sifatnya yang terpisah. Dari sudut pandang manufaktur, pembuatan chip terintegrasi fotonik bukanlah hal yang mudah. Perangkat fotonik memiliki struktur tiga dimensi, jauh lebih kompleks daripada struktur integrasi semikonduktor dua dimensi. Untuk mengintegrasikan laser, detektor, modulator, dan perangkat lain ke dalam chip, perlu dilakukan deposit dan pengetsaan berulang kali pada beberapa lapisan dielektrik film tipis dari bahan berbeda, seperti indium fosfida, yang sangat menuntut persyaratan peralatan dan proses.
"Namun, saya masih yakin bisa mengatasi kesulitan ini di dalam negeri." Prof Zhang Xiaoguang berkata, "Sudah ada kecenderungan ke arah integrasi berbasis silikon di industri, karena integrasi sistem semacam ini sudah relatif matang, dan penelitian dalam negeri mengenai chip optik silikon pada dasarnya telah disinkronkan dengan dunia. Namun bagaimana caranya? menggunakan silikon sebagai substrat komponen optik dan mewujudkan teknologi produksi massal, masih banyak kesulitan di dalamnya, dan sekarang beberapa perangkat yang berkinerja lebih baik dalam proses eksperimen kami masih harus bergantung pada impor."
Menurut Prof. Zhang Xiaoguang, industri chip internasional telah berkembang selama beberapa dekade. Eropa, Amerika Serikat, Jepang dan negara-negara lain dalam industri chip optik dimulai lebih awal, memimpin teknologi. Amerika Serikat telah lama mendirikan "Institut Nasional untuk Inovasi Manufaktur Terintegrasi Fotonik" untuk menciptakan platform bagi pengembangan dan persiapan perangkat terintegrasi fotonik; Uni Eropa akan melaksanakan program "Horizon 2020", dengan fokus pada penerapan proyek penelitian integrasi optoelektronik; Jepang akan melaksanakan "Program Penelitian dan Pengembangan Lanjutan", "Program Penelitian dan Pengembangan Lanjutan". Implementasi "Program Penelitian dan Pengembangan Lanjutan" di Jepang, penerapan proyek pengembangan teknologi sistem fusi optoelektronik. Perusahaan chip optik luar negeri memiliki keunggulan sebagai penggerak pertama, melalui akumulasi teknologi inti dan proses produksi, dan secara bertahap mewujudkan lingkaran tertutup industri, untuk membangun hambatan industri yang tinggi.
Produsen chip optik dalam negeri umumnya memiliki kemampuan pemrosesan back-end selain epitaksi wafer, teknologi epitaksi inti chip optik belum matang, wafer epitaksi kelas atas untuk pengadaan pabrik epitaksi internasional, membatasi pengembangan chip optik kelas atas. Chip laser, misalnya, Tiongkok dapat meningkatkan produksi massal 10G dan chip laser tingkat rendah dan menengah berikutnya, tetapi chip laser 25G hanya sejumlah kecil vendor yang dapat merealisasikan pengiriman batch, chip laser tingkat 25G atau lebih sebagian besar vendor adalah masih dalam tahap R&D atau produksi uji coba skala kecil.
Pada saat teknologi dalam negeri terlambat dimulai, penelitian integrasi chip dalam negeri lebih menonjol dari hasil penelitian siap pakai negara-negara asing untuk berkembang dan berinovasi, dengan perubahan dalam bentuk internasional dari teknologi dalam negeri yang tinggi. -Industri teknologi di bidang teknologi semakin mendapat pembatasan, namun juga menyadarkan lebih banyak orang akan pentingnya kemandirian teknologi. Tiongkok meluncurkan "chip terintegrasi fotonik skala besar" pada awal tahun 2016, proyek percontohan strategis ilmiah dan teknologi dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, yang mendorong perkembangan pesat inovasi independen dalam negeri.
“Namun, hal terpenting bagi negara ini untuk mencapai terobosan industri yang nyata terletak pada pembangunan sistemnya,” Prof. Zhang Xiaoguang menekankan di akhir pembicaraan, “dari sudut pandang produksi aktual, hal yang paling penting adalah Langkah untuk mencapai kemandirian adalah dengan membangun sistem industri secara keseluruhan, khususnya pembentukan rangkaian alur proses yang lengkap, jika prinsipnya dapat dipahami terlebih dahulu, maka perlu dibangun sistem tersebut. prinsip kasus semua bisa lewat, karena proses yang belum matang tidak bisa menjamin hasil produk, inovasi mandiri masih hanya di atas kertas."