Tegenwoordig wordt de concurrentie van wetenschap en technologie steeds heviger en de chiptechnologie die de meeste aandacht trekt, verandert met de dag. Voordat ibm's 2 nanometer chip zich verspreidde, kondigden TSMC en zijn partners een doorbraak aan in chips van sub-1 nanometer. Er wordt algemeen aangenomen dat mensen de theoretische grenzen van elektronische chips naderen.
Silicium optische chip heeft de kenmerken van hoge rekensnelheid, laag stroomverbruik en lage tijdvertraging, en het is niet nodig om de limietreductie van procesgrootte na te streven. In het productieproces is het niet nodig om zo streng te zijn als elektronische chip, maar moet het extreme ULTRAVIOLET-lithografiemachine (EUV) gebruiken.
Dus, kan silicium licht spaander door het "plafond" van Moore's Law breken, een nieuw "spoor" openen?
Er zijn nog technische knelpunten die moeten worden overwonnen
"Het concept van siliciumfotonica wordt al lang voorgesteld, maar het is niet eenvoudig om siliciumfotonicachips te maken." Li Peigang, een professor en doctoraatstoezichthouder aan de Beijing University of Posts and Telecommunications, vertelde Science and Technology Daily dat IT-beoefenaars al in de jaren negentig op zoek gingen naar een opvolger voor de traditionele halfgeleiderchipindustrie, en fotonisch computergebruik werd ooit beschouwd als de meest veelbelovende toekomstige technologie. "Om technische redenen namen bedrijven en academische instellingen onder leiding van Intel en IBM tot het begin van de 21e eeuw het voortouw bij de ontwikkeling van optische signaaltransmissietechnologie van siliciumchips, in de hoop het datacircuit tussen chips te vervangen door optische paden." Li Peigang zei.
Li Peigang vertelde verslaggevers dat silicium optische chip productietechnologie is gebaseerd op silicium en silicium substraat materialen, het gebruik van complementaire metaaloxide halfgeleider (CMOS) proces voor optische apparaat ontwikkeling en integratie technologie, die de kenmerken van ultra-grootschalig, ultra-hoge precisie productie van geïntegreerde circuittechnologie combineert met de voordelen van ultra-hoge snelheid, ultra-laag stroomverbruik van fotonische technologie. Het is een aanvulling op de bestaande productietechnologie voor halfgeleiderwafels.
Li Peigang zei dat China veel belang hecht aan de ontwikkeling van de optische chipindustrie van silicium. Maar in eerste instantie, de binnenlandse high-end silicium chips licht krijgt prioriteit aan met ontwerp, flow sheet is hoofd of in het buitenland, chip voorbereiding, lange cyclus, hoge kosten, beperken de ontwikkeling van silicium fotonica technologie in China, "en beperken de ontwikkeling van de Chinese chip technologie in het buitenland, heeft een reeks maatregelen genomen, de ontwikkeling van silicium licht chip bedrijven in China heeft ernstige invloed veroorzaakt."
Li Peigang vertelde verslaggevers dat de ontwikkeling van silicium optische technologie kan worden onderverdeeld in drie fasen: ten eerste vervangen apparaten op basis van silicium geleidelijk discrete componenten, met silicium om de optische communicatie onderliggende apparaten te maken, om de standaardisatie van het proces te bereiken; Ten tweede evolueert de integratietechnologie van koppelingsintegratie naar monolithische integratie, waarbij gedeeltelijke integratie wordt realiseren en deze apparaten in verschillende chips worden geïntegreerd door de combinatie van verschillende apparaten, net als Lego-stenen. Ten derde, de integratie van opto-elektronische technologie om volledige integratie van opto-elektronica te bereiken. Integreer zowel licht als elektriciteit om complexere functies te bereiken. "We zitten nu in de tweede fase van silicium-optische technologie." Li Peigang zei.
Hoewel silicium-optische technologie aan het rijpen is en silicium-optische chips op het punt staan het stadium van grootschalig commercieel gebruik te betreden, zijn er nog steeds technische knelpunten die moeten worden overwonnen, zoals niet-standaard ontwerptools, hoge eisen aan het silicium-optische koppelingsproces en technische uitdagingen zoals automatisch wafertesten en snijden.
Li Peigang is van mening dat China technologische doorbraken heeft gemaakt in het onderzoek en de ontwikkeling van optische siliciumchips, maar in het aspect van industrialisatie zijn er nog steeds enkele problemen in de industrialisatietechnologie van binnenlandse optische chips voor silicium, waaronder structureel ontwerp, productieproces, apparaatverpakking en applicatieondersteunend, enz., die moeten worden ontwikkeld en volwassen. "Naast de technologie zelf zal de industrialisatie van silicium optische chips ook worden beïnvloed door uitgebreide factoren zoals materialen, technologie, apparatuur, software, talenten en marktecologie. Daarom is het naast investeringen in technologisch onderzoek en ontwikkeling ook erg belangrijk om een goede industriële ecologie te vormen, platforms te bouwen en ecologie te optimaliseren, en de samenwerking tussen upstream en downstream van de industriële keten te vergroten voor de ontwikkeling van optische siliciumchips." Li Peigang zei.
Silicium optische chips ontwikkelen zich snel in China
Op 28 november 2017 heeft het ministerie van Industrie en Informatietechnologie officieel ingestemd met de bouw van het National Information Optoelectronics Innovation Center in Wuhan. Het centrum wordt gezamenlijk mede mogelijk gehouden door vele binnenlandse ondernemingen en onderzoeks- en ontwikkelingsinstellingen zoals Optoelectronics Technology, Fiberhome Communication, Hengtong Optoelectronics enzovoort, en verzamelt meer dan 60% van de innovatiemiddelen op het gebied van informatie-opto-elektronica in China. Met de strategische taak om het "gezamenlijke onderzoek en de ontwikkeling van belangrijke en generieke technologieën" op te lossen en "de eerste commercialisering" in de Chinese opto-elektronica-industrie te realiseren, streven we ernaar om de situatie van "gebrek aan kern" in informatie-opto-elektronica op te lossen.
In 2017 noemde de gemeente Shanghai siliciumfotonica als een van de eerste gemeentelijke grote projecten en investeerde een grote hoeveelheid geld om de r&d en productie van optische interconnectiechips op basis van silicium te lay-outen, met als doel de hele industrieketen van optische siliciumchips te bouwen, de belangrijkste kerntechnologieën onder de knie te krijgen en binnenlandse ondernemingen de afhankelijkheid van buitenlandse leveranciers te laten verwijderen.
In oktober 2018 werd United Microelectronics Center Co., LTD., een nieuwe nationale internationale onderzoeks- en ontwikkelingsinstelling opgericht door de gemeentelijke overheid van Chongqing, geregistreerd en opgericht in Chongqing met een initiële investering van meer dan 10 miljard yuan.
Het ministerie van Industrie en Informatietechnologie dat eind 2017 werd uitgebracht "China optoelectronic device Industry Technology Development Roadmap (2018-2022)" wees erop dat het huidige percentage optische chiplokalisatie met hoge snelheid slechts ongeveer 3% is, de vereisten van 2022 low-end opto-elektronische chiplokalisatiesnelheid van meer dan 60%, high-end opto-elektronische chiplokalisatiesnelheid doorbraak 20%.
Met de beleidsondersteuning ontwikkelen silicium optische chips zich snel in China. In januari 2018 werd china's eerste silicium fotonica technologieplatform opgericht in Shanghai, waardoor de kloof tussen China en het buitenland in verwerking en productie werd verkleind.
Op 29 augustus 2018 kondigde Sinotech aan dat china's eerste commerciële "100G silicium optische transceiver chip" officieel in productie werd genomen.
In september 2019 realiseerde United Microelectronics Center LLC de bedrading van het 8-inch op silicium gebaseerde opto-elektronicatechnologieprocesplatform. In slechts een paar maanden heeft het zelfontwikkelde optische siliciumproces een zeer goed niveau bereikt en officieel "180nm Complete set silicium optisch proces PDK" aan de wereld vrijgegeven, wat markeert dat het bedrijf de onafhankelijke procesproductiecapaciteit heeft op het gebied van op silicium gebaseerde opto-elektronica, en begon silicium optische chipstroomdiensten aan de wereld te leveren.
Op nationaal niveau is er een gunstig beleid gekomen ter ondersteuning van optische siliciumtechnologie, en ook lokale overheden zijn in het bestuur gestapt. Shanghai heeft expliciet de ontwikkeling van de fotonenchip met apparaat, de belangrijkste baanbrekende siliciumfotonica, optisch communicatieapparaat, fotonchiponderzoek en -ontwikkeling en toepassing van een nieuwe generatie fotonische apparaten voorgesteld, zoals de modulaire technologie van fotonische apparaten, gebaseerd op CMOS-siliciumfotonicatechnologie, chipintegratietechnologie, foto-elektrische integratiemodule-inkapselingstechnologieonderzoek om het belangrijkste onderzoek uit te voeren. De provincie Hubei, de gemeente Chongqing, Suzhou en andere overheden hebben optische siliciumchips als de belangrijkste industrie genomen om zich te ontwikkelen tijdens de 14e vijfjarenplanperiode. "Het is moeilijk om substantiële verschillen in lay-out te zien tussen verschillende regio's op basis van hun plannen." We zullen de silicium optische chipindustrie ontwikkelen door actief nieuwe bedrijven te introduceren en gebruik te maken van onze bestaande chipindustriestichting." Li Peigang zei.
Licht en elektriciteit werken samen voor een win-win toekomst
Silicium optische technologie is het volgende doelwit van de industrie geworden vanwege de vele kenmerken. Met de voortdurende rijping van industrialisatietechnologie en optimalisatie van industriële omgeving, is de Chinese silicium optische chipindustrie klaar voor ontwikkeling.
Volgens Intel's ontwikkelingsplan van silicium fotonica-industrie heeft de silicium optische module-industrie
een periode van snelle ontwikkeling ingegaan. In 2022 zal siliciumfotonicatechnologie de traditionele optische modules overtreffen in termen van pieksnelheid per seconde, energieverbruik en kosten. Er wordt voorspeld dat de markt van optische siliciummodules met 40% zal groeien en tegen 2024 $ 3,9 miljard zal bereiken, goed voor 21% van de totale marktomvang tegen die tijd.
"Op dit moment staan licht en elektriciteit op twee 'racebanen', elk met een eigen toepassingsscenario. Bij logical computing is de toekomstige trend opto-elektronische integratie, en all-optical computing zal lang duren om te bereiken." Li Peigang zei dat hoewel het fotonische geïntegreerde circuit zich nog in de beginfase van de ontwikkeling bevindt, maar het de mainstream ontwikkelingstrend van optische apparaten is geworden, onvermijdelijk is geworden.
"Over het algemeen kunnen fotonische chips nu alleen elektronische chips vervangen in individuele computer- en transmissievelden." Li Peigang zei dat hoewel de twee vergelijkbaar zijn in het proces en de complexiteit van het productieproces, de vereisten voor de fotonische chipstructuur niet zo streng zijn als elektronische chips, over het algemeen 100 nanometer, "dit vermindert de afhankelijkheid van geavanceerde technologie aanzienlijk, tot op zekere hoogte om het huidige knelpunt in de chipontwikkeling te verlichten."
"Licht heeft het voordeel van licht, elektriciteit heeft het voordeel van elektriciteit." 'In sommige toepassingsscenario's is er concurrentie, maar vaker is het een win-winrelatie', aldus Li.
"Silicium optische chiptechnologie is niet zo volwassen als elektronische chiptechnologie, dus er zijn veel onbekende factoren, de toekomst zou een goede link tussen de twee moeten zijn." Li Peigang is van mening dat elektronische geïntegreerde schakeling en fotonisch geïntegreerd circuit complementair zijn. "In de toekomst kunnen we ten volle gebruik maken van de voordelen van de multifunctionele en intelligente multifunctionele en intelligente transmissie van fotonische geïntegreerde schakelingen en elektronische geïntegreerde schakelingen, en beter draaien op het nieuwe 'spoor'." Li Peigang zei.