Científicos chinos añaden canales de fotones a chips para superar el cuello de botella de la integración a gran escala
¿Te imaginas que mediante arreglos inteligentes, muchos equipos de fútbol puedan entrenar formaciones en el mismo lugar al mismo tiempo sin interferir entre sí? Un equipo de investigación chino ha descubierto una solución de ondas de luz tan compacta en un chip optoelectrónico. Los chips optoelectrónicos son dispositivos de última generación en el campo de las comunicaciones ópticas. Mientras un humano lo vigila, convierte las señales ópticas de alta capacidad transportadas por la fibra óptica en señales eléctricas que pueden ser "leídas" por servidores y procesadores.
El profesor asociado y profesor Song Qinghai colaboró con el investigador Du y el profesor He Zuyuan de la Universidad Jiao Tong de Shanghai para diseñar con éxito una nueva estructura y un algoritmo de optimización, que añadió "canales" al chip optoelectrónico y resolvió simultáneamente los problemas. de interferencias y pérdidas allana el camino para una integración a gran escala.
La revista "China Laser", patrocinada por el Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Shanghai de la Academia de Ciencias de China y la Sociedad Óptica China, publicó recientemente los diez principales avances en óptica de China en 2019. Como resultado de la investigación aplicada se seleccionó el "Chip" mencionado "Fotones multiplexados por división de modo densamente integrados con enrutamiento arbitrario".
En una entrevista exclusiva con el periódico el 26 de marzo, Tsui Hark dijo que este trabajo se basa en un concepto de vanguardia de "división modular y multiplexación" y ha superado cuellos de botella clave.
“Hemos hecho posible la integración de chips fotónicos multiplexados por división de modo a gran escala”, afirmó. "Actualmente hemos demostrado tres canales de datos y los últimos resultados experimentales han completado cuatro canales de datos. En el futuro, lograremos más avances en la cantidad de canales multiplexados y reduciremos el consumo de energía del chip".
La puerta de entrada a la conversión fotoeléctrica
El chip optoelectrónico semiconductor estudiado por el equipo es un tipo de chip de comunicación que ha surgido en los últimos años.
El principio básico del sistema de comunicación óptica es: el transmisor modula la señal eléctrica del flujo de datos de alta velocidad en la señal óptica emitida por el láser, que se transmite a través de la fibra óptica. Una vez que el receptor recibe la señal óptica, la convierte en señal eléctrica. Después de la modulación y demodulación, se convierte en información.
El chip fotoeléctrico se encarga de la tarea de conversión fotoeléctrica. Según Tsui Hark, los chips optoelectrónicos de gran capacidad y alto flujo de datos tienen aplicaciones importantes en la pretransmisión 5G, centros de datos y sistemas de interconexión de supercomputación. En el futuro, también podrían aparecer en otros campos como la computación cuántica, la inteligencia artificial y la biodetección.
Como puedes imaginar, el ancho de banda del chip optoelectrónico es muy crítico para la velocidad de todo el sistema. No importa qué tan rápida sea la velocidad de transmisión de fibra, por ejemplo, si el tiempo de vuelo es corto, si solo hay una cola en el control de seguridad de salida, se ralentizará todo el viaje.
Aumentar el "carril" de comunicación
Nació el concepto de multiplexación por división de modo, que puede mejorar significativamente la capacidad de procesamiento paralelo del chip sin aumentar el número de láseres.
"Antes de mencionar el concepto de multiplexación por división de módulos, primero debemos introducir la multiplexación por división de longitud de onda", dijo Tsui Hark. La multiplexación por división de longitud de onda (WDM) se propuso ya en 1978 y se ha utilizado ampliamente en sistemas de transmisión de fibra troncales.
Cada canal de datos transmite de varias a docenas de longitudes de onda, y cada longitud de onda transporta datos diferentes. Debido a que las longitudes de onda no interfieren entre sí, la capacidad de comunicación se puede aumentar aumentando el número de canales de longitud de onda, que es la multiplexación por división de longitud de onda.
“La multiplexación de módulos es similar a la multiplexación por división de longitud de onda, excepto que otra cantidad física de la onda de luz reemplaza la longitud de onda, lo que agrega una dimensión a la tecnología de multiplexación y es un nuevo método para mejorar la capacidad de comunicación”. Ke dijo.
Él cree que con el rápido crecimiento de los requisitos de ancho de banda, cuando los recursos de longitud de onda están saturados, la tecnología de multiplexación por división de modo puede aumentar aún más el ancho de banda de los chips fotónicos.
Hacia la integración a gran escala
En los últimos años, se ha investigado mucho sobre cómo mejorar el ancho de banda de los chips optoelectrónicos mediante la tecnología de multiplexación por división de modo. Sin embargo, un problema clave que no se puede resolver es la pérdida y la diafonía de las guías de ondas ópticas multimodo.
“Esto hace imposible que los chips de multiplexación por división de modo se conecten a gran escala como los circuitos integrados”.
Para resolver este problema, el equipo de investigación diseñó una superestructura de guía de ondas discreta, una nueva estructura fotónica que se parece un poco a un código QR. Mediante algoritmos de optimización, se puede lograr un ajuste fino del campo luminoso.
Los investigadores diseñaron y produjeron dispositivos clave como multiplexores de modo, guías de onda curvas multimodo y cruces de guía de onda. El tamaño es de sólo unas pocas micras, un orden de magnitud más pequeño que los dispositivos tradicionales, y es totalmente compatible. Procesos estándar de cinta óptica de silicio.
La guía de ondas de transmisión puede mantener una alta eficiencia y una transmisión de señal de baja diafonía bajo cualquier condición de flexión y cruce.
Micrografías de estructuras de flexión y multiplexación de tres modos; microfotografías de dispositivos de multiplexación y demultiplexación de modos; fotografías SEM de guías de onda de flexión superestructuradas de longitud de onda; visualización de estructuras de cruce y multiplexación de tres modos; Microfotografías de dispositivos de cruce de guías de onda en cascada; Fotografías SEM de dispositivos cruzados de guías de onda de superestructura de sublongitud de onda.
Este nuevo tipo de dispositivo multimodo a nivel de micras hace posible la multiplexación de señales de baja pérdida y baja diafonía y la interconexión arbitraria a gran escala en el chip, y también proporciona nuevas opciones tecnológicas para ópticas de vanguardia. dispositivos de comunicación.
El mercado mundial de dispositivos de comunicación óptica ha crecido de manera constante en los últimos años y se espera que los ingresos alcancen los 654,38+06,6 mil millones de dólares en 2020. China ocupa alrededor del 30% de la cuota de mercado, pero las capacidades de I+D y fabricación de dispositivos básicos básicos son relativamente débiles.
La "Hoja de ruta de desarrollo tecnológico de la industria de dispositivos optoelectrónicos de China" publicada por el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información propone garantizar que la tasa de localización de chips optoelectrónicos de gama baja supere el 60% y la tasa de localización de chips optoelectrónicos de gama alta supere el 60%. Los chips optoelectrónicos superan el 20% en 2022.
“Los chips optoelectrónicos de alta gama siempre han sido la tecnología avanzada de los países desarrollados, pero el grado de localización en China sigue siendo muy bajo”. "Debemos darnos cuenta profundamente de que debemos superar las tecnologías clave de chips centrales y deshacernos del dilema de la 'falta de núcleos y pocas almas'".
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Fuente de este artículo: Deep Space Game Editor: Anonymous King’s Heart 2 Haz clic para probar