Intervju sa Zhang Xiaoguangom sa Univerziteta za poštu i telekomunikacije u Pekingu: nevolja i budućnost fotonskih čipova

Poslednjih godina, sa brzim rastom globalnog saobraćaja, scenariji aplikacija za internet, veštačku inteligenciju i računarstvo u oblaku nastavljaju da rastu, kao jedan od budućih trendova u brzoj komunikaciji, fotonski čipovi su takođe uveli zlatni period razvoja. Poput svog "prethodnog" kola, optičko kolo je također u zahtjevima za minijaturizacijom, smanjenjem snage i niskim troškovima poziva za integracijom, nastao je integrirani optički čip (PIC), koji je postao važan dio moderne komunikacijske industrije ne može se zanemariti. Kako bi dodatno razjasnila nevolje i budućnost integrisane tehnologije, Wikipedia je razgovarala licem u lice sa prof. Zhang Xiaoguangom sa Fakulteta za elektroniku, Pekinški univerzitet za poštu i telekomunikacije (BUPT), razgovarajući o prošlosti i sadašnjosti život fotonskih čipova.
Na početku razgovora, prof. Zhang Xiaoguang je odmah prešao na stvar: „Tehnologija integracije čipova je sada veoma zrela i široko se koristi u raznim elektronskim uređajima, kao što su mobilni telefoni, računari, pametni kućni uređaji i tako dalje, svi koriste tehnologiju integracije čipova. Međutim, još uvijek postoje nedostaci u kineskoj tehnologiji integracije čipova, a integrirani optički čipovi su jedna od poteškoća."

Integrirani optički čip je funkcionalno kolo formirano od mikročipa koji sadrži dvije ili više fotonskih komponenti, otuda i naziv fotonski čip. Fotonski čip ima prednosti paralelizma velike brzine i niske potrošnje energije, a njegova brzina izračunavanja i brzina prijenosa su hiljadu puta veće od elektronskih čipova, dok je njegova potrošnja energije samo devedesethiljaditi dio energije elektronskih čipova, i njeni strukturni zahtjevi su također niži, uglavnom na nivou od sto nanometara, čime se smanjuje ovisnost o naprednim procesima, te se smatra najpogodnijom osnovnom tehnologijom za rješavanje uskog grla razvoja aritmetičke moći.
Što se tiče principa rada, fotonski čipovi koriste fotone za prenos, senzor, obradu i isporuku informacija. Talasnovodi se koriste za kontrolu i usmjeravanje svjetlosti, a kroz potpunu unutrašnju refleksiju, fotonski čipovi su uporedivi sa žicama koje se koriste za prijenos električnih signala. Laserski izvor daje svjetlost potrebnu za pokretanje komponenti, slično prekidaču u kolu. Kroz talasovodne veze, više komponenti se mogu integrisati i proizvesti na jednoj podlozi, stvarajući robusna i minijaturizovana rešenja. Komponente u fotonskim kolima mogu biti pasivne i aktivne, s pasivnim komponentama uključujući prekidače i multipleksore i aktivnim komponentama uključujući detektore i lasere.
U poređenju sa elektronskim čipovima, teškoća integracije fotonskih čipova uglavnom je posledica njihove diskretne prirode. Sa proizvodne tačke gledišta, proizvodnja fotonskih integrisanih čipova nije laka stvar. Fotonski uređaji imaju trodimenzionalnu strukturu, mnogo složeniju od dvodimenzionalne strukture integracije poluvodiča. Da bi se laseri, detektori, modulatori i drugi uređaji integrisali u čip, potrebno je više puta nanositi i gravirati na više tankoslojnih dielektričnih slojeva različitih materijala, kao što je indijum fosfid, koji je veoma zahtevan za potrebe opreme i procesa.
„Međutim, i dalje sam siguran da ću prevazići ove poteškoće u zemlji.“ Prof. Zhang Xiaoguang je rekao: "Već postoji trend ka integraciji zasnovanoj na silicijumu u industriji, jer je ova vrsta sistemske integracije već relativno zrela, a domaća istraživanja silicijumskih optičkih čipova su u osnovi sinhronizovana sa svetom. Ali kako da koristiti silicij kao supstrat optičkih komponenti i realizirati tehnologiju masovne proizvodnje, još uvijek ima puno poteškoća iznutra, a sada se neki od uređaja koji bolje rade u našem eksperimentalnom procesu i dalje moraju oslanjati na uvoz."
Po mišljenju prof. Zhanga Xiaoguanga, međunarodna industrija čipova se razvijala decenijama. Evropa, Sjedinjene Američke Države, Japan i druge zemlje u industriji optičkih čipova počele su ranije, vodeće tehnologije. Sjedinjene Američke Države su već dugo osnovale „Nacionalni institut za fotonske integrisane proizvodne inovacije“ kako bi stvorile platformu za razvoj i pripremu fotoničkih integrisanih uređaja; Europska unija da implementira program "Horizont 2020", fokusirajući se na implementaciju istraživačkih projekata optoelektronske integracije; Japan da implementira "Program naprednog istraživanja i razvoja", "Program naprednog istraživanja i razvoja". Japanska implementacija "Programa naprednog istraživanja i razvoja", implementacija projekata razvoja tehnologije optoelektronskih sistema fuzije. Prekomorske kompanije za proizvodnju optičkih čipova imaju prednost prvog pokretača, kroz akumulaciju osnovnih tehnologija i proizvodnih procesa, i postepeno realizuju zatvorenu petlju industrije, kako bi uspostavile visoke industrijske barijere.
Domaći proizvođači optičkih čipova općenito imaju pozadinske mogućnosti obrade uz epitaksiju pločice, epitaksijalna tehnologija optičkog čipa nije zrela, vrhunska epitaksijalna pločica za nabavku međunarodnih epitaksijalnih postrojenja, ograničavajući razvoj vrhunskih optičkih čipova. Laserski čip, na primjer, Kina može povećati masovnu proizvodnju 10G i sljedeći laserski čip niske i srednje brzine, ali 25G laserski čip samo mali broj dobavljača da realizuje serijsku isporuku, laserski čip sa 25G ili više brzina većina dobavljača je još uvijek u fazi istraživanja i razvoja ili male probne proizvodnje.
U vrijeme prethodnog kasnog pokretanja domaće tehnologije, domaće istraživanje integracije čipova više stoji u vrhuncu gotovih istraživačkih rezultata stranih zemalja za razvoj i inovacije, s promjenama u međunarodnom obliku domaće visoke -tehnološka industrija u oblasti tehnologije dobija sve više ograničenja, ali i čini da sve više ljudi shvati važnost tehnološke samopouzdanja. Kina je već 2016. lansirala "veliki fotonski integrirani čip", strateški pilot naučni i tehnološki specijalni projekt Kineske akademije nauka, promovirajući snažan razvoj domaćih nezavisnih inovacija.
„Međutim, najvažnija stvar za državu da postigne pravi industrijski napredak leži u izgradnji sistema“, naglasio je prof. Zhang Xiaoguang na kraju razgovora, „sa stanovišta stvarne proizvodnje, najvažnijeg korak do postizanja samopouzdanja je uspostavljanje cjelokupnog industrijskog sistema, posebno, formiranje kompletnog skupa toka procesa, ako se princip prije svega može razumjeti, onda je potrebno uspostaviti sistem. princip slučaja svi mogu proći, jer nezreli proces ne može garantirati prinos proizvoda, nezavisna inovacija je još uvijek samo na papiru."