Ngày nay, sự cạnh tranh của khoa học và công nghệ ngày càng gay gắt, và công nghệ chip thu hút nhiều sự chú ý nhất đang thay đổi theo từng ngày. Trước khi tin tức về chip 2 nanomet của IBM&# 39 được lan truyền, TSMC và các đối tác của mình đã công bố một bước đột phá trong chip nhỏ 1 nanomet. Người ta tin rằng con người đang tiến gần đến giới hạn lý thuyết của chip điện tử.
Chip quang silicon có đặc điểm là tốc độ tính toán cao, tiêu thụ điện năng thấp và thời gian trễ thấp, và không cần thiết phải theo đuổi việc giảm giới hạn kích thước quy trình. Trong quá trình chế tạo không cần quá khắt khe như chip điện tử mà phải sử dụng máy in thạch bản cực ULTRAVIOLET (EUV).
Vậy, chip ánh sáng silicon có thể xuyên thủng" trần" của Định luật Moore' mở ra" track" ;?
Vẫn còn những điểm nghẽn kỹ thuật cần khắc phục
& quot; Khái niệm về quang tử silicon đã được đề xuất từ lâu, nhưng không dễ để tạo ra chip quang tử silicon." Li Peigang, giáo sư và tiến sĩ giám sát tại Đại học Bưu chính Viễn thông Bắc Kinh, nói với Science and Technology Daily rằng ngay từ những năm 1990, các học viên CNTT đã bắt đầu tìm kiếm người kế nhiệm cho ngành công nghiệp chip bán dẫn truyền thống và điện toán quang tử từng được coi là công nghệ tương lai hứa hẹn nhất." Vì lý do kỹ thuật, cho đến đầu thế kỷ 21, các doanh nghiệp và tổ chức học thuật do Intel và IBM đứng đầu đã đi đầu trong việc phát triển công nghệ truyền tín hiệu quang của chip silicon, với hy vọng thay thế mạch dữ liệu giữa các chip bằng quang con đường." Li Peigang nói.
Li Peigang nói với các phóng viên rằng công nghệ sản xuất chip quang học silicon dựa trên vật liệu silicon và vật liệu nền silicon, việc sử dụng quy trình bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS) cho công nghệ tích hợp và phát triển thiết bị quang học, kết hợp các đặc tính của quy mô siêu lớn, siêu Sản xuất chính xác cao của công nghệ mạch tích hợp và lợi thế của tốc độ siêu cao, tiêu thụ điện năng cực thấp của công nghệ quang tử. Nó bổ sung cho công nghệ sản xuất wafer bán dẫn hiện có.
Li Peigang cho biết, Trung Quốc rất coi trọng việc phát triển ngành chip quang silicon. Nhưng ban đầu, ánh sáng chip silicon cao cấp trong nước được ưu tiên hơn với thiết kế, dòng chảy là chính hoặc ở nước ngoài, chuẩn bị chip, chu kỳ dài, giá thành cao, hạn chế sự phát triển của công nghệ quang tử silicon ở Trung Quốc," và hạn chế sự phát triển của công nghệ chip Trung Quốc ở nước ngoài, đã áp dụng một loạt các biện pháp, sự phát triển của các công ty chip ánh sáng silicon ở Trung Quốc đã gây ra ảnh hưởng nghiêm trọng."
Li Peigang nói với các phóng viên rằng sự phát triển của công nghệ quang học silicon có thể được chia thành ba giai đoạn: đầu tiên, các thiết bị dựa trên silicon dần dần thay thế các thành phần rời rạc, với silicon để làm cho các thiết bị cơ bản giao tiếp quang học, để đạt được tiêu chuẩn hóa của quá trình; Thứ hai, công nghệ tích hợp phát triển từ tích hợp khớp nối sang tích hợp nguyên khối, hiện thực hóa tích hợp từng phần và tích hợp các thiết bị này vào các chip khác nhau thông qua sự kết hợp của các thiết bị khác nhau giống như những viên gạch Lego. Thứ ba, sự tích hợp của công nghệ quang điện tử để đạt được sự tích hợp đầy đủ của quang điện tử. Tích hợp cả ánh sáng và điện năng để đạt được các chức năng phức tạp hơn." Chúng tôi hiện đang ở giai đoạn thứ hai của công nghệ quang silicon." Li Peigang nói.
Theo ông, mặc dù công nghệ quang silicon đang phát triển và chip quang silicon sắp bước vào giai đoạn sử dụng thương mại quy mô lớn, nhưng vẫn còn những điểm nghẽn kỹ thuật cần khắc phục, chẳng hạn như công cụ thiết kế không chuẩn, yêu cầu cao. của quá trình ghép nối silicon-quang, và các thách thức kỹ thuật như kiểm tra và cắt tấm wafer tự động.
Li Peigang cho rằng Trung Quốc đã có những bước đột phá về công nghệ trong việc nghiên cứu và phát triển chip quang silicon, nhưng ở khía cạnh công nghiệp hóa, công nghệ công nghiệp hóa chip quang silicon trong nước vẫn còn một số vấn đề, bao gồm thiết kế cấu trúc, quy trình sản xuất, đóng gói thiết bị. và hỗ trợ ứng dụng, v.v., cần được phát triển và hoàn thiện." Ngoài bản thân công nghệ, Quá trình công nghiệp hóa chip quang silicon cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố toàn diện như vật liệu, công nghệ, thiết bị, phần mềm, tài năng và hệ sinh thái thị trường. Do đó, bên cạnh việc đầu tư vào nghiên cứu và phát triển công nghệ, việc hình thành hệ sinh thái công nghiệp tốt, xây dựng nền tảng và tối ưu hóa hệ sinh thái cũng rất quan trọng, đồng thời tăng cường hợp tác giữa thượng nguồn và hạ nguồn của chuỗi công nghiệp để phát triển chip quang silicon." Li Peigang nói.
Chip quang silicon đang phát triển nhanh chóng ở Trung Quốc
Ngày 28 tháng 11 năm 2017, Bộ Công nghiệp và Công nghệ Thông tin đã chính thức phê duyệt việc xây dựng Trung tâm Đổi mới Quang điện tử Quốc gia tại Vũ Hán. Trung tâm có sự tham gia của nhiều doanh nghiệp trong nước và các tổ chức NGHIÊN CỨU và phát triển như Công nghệ Quang điện tử, Truyền thông Fiberhome, Quang điện tử Hắc Long, v.v., thu thập hơn 60% nguồn lực đổi mới trong lĩnh vực quang điện tử thông tin ở Trung Quốc. Mang nhiệm vụ chiến lược là giải quyết" hợp tác nghiên cứu và phát triển các công nghệ chính và chung" và" hiện thực hóa thương mại hóa đầu tiên" trong ngành công nghiệp sản xuất quang điện tử thông tin' của Trung Quốc, chúng tôi cố gắng giải quyết tình trạng" thiếu cốt lõi" trong quang điện tử thông tin.
Năm 2017, Chính quyền thành phố Thượng Hải đã liệt kê quang tử silicon là một trong những dự án lớn đầu tiên của thành phố và đã đầu tư một số tiền lớn để bố trí bộ khuếch đại r&và sản xuất chip kết nối quang học dựa trên silicon, nhằm mục đích xây dựng toàn bộ chuỗi công nghiệp chip quang silicon, làm chủ các công nghệ cốt lõi quan trọng, để các doanh nghiệp trong nước thoát khỏi sự phụ thuộc vào các nhà cung cấp nước ngoài.
Vào tháng 10 năm 2018, United Microelectronics Center Co., LTD., Một tổ chức nghiên cứu và phát triển quốc tế mới do chính quyền thành phố Trùng Khánh thành lập, đã được đăng ký và thành lập tại Trùng Khánh với vốn đầu tư ban đầu hơn 10 tỷ nhân dân tệ.
Bộ Công nghiệp và Công nghệ Thông tin phát hành vào cuối năm 2017" Lộ trình Phát triển Công nghệ Công nghiệp Thiết bị quang điện tử của Trung Quốc (2018-2022)" chỉ ra rằng tỷ lệ nội địa hóa chip quang tốc độ cao hiện nay chỉ khoảng 3%, các yêu cầu của năm 2022 cấp thấp tỷ lệ nội địa hóa chip quang điện tử hơn 60%, tốc độ nội địa hóa chip quang điện tử cao cấp đột phá 20%.
Với sự hỗ trợ của chính sách, chip quang học silicon đang phát triển nhanh chóng ở Trung Quốc. Vào tháng 1 năm 2018, nền tảng công nghệ quang tử silicon đầu tiên của Trung Quốc&# 39 được thành lập tại Thượng Hải, thu hẹp khoảng cách giữa Trung Quốc và các nước ngoài trong lĩnh vực chế biến và sản xuất.
Vào ngày 29 tháng 8 năm 2018, Sinotech thông báo rằng' thương mại đầu tiên của Trung Quốc" chip thu phát quang silicon 100G" đã chính thức được đưa vào sản xuất.
Vào tháng 9 năm 2019, United Microelectronics Center LLC đã nhận ra hệ thống dây của nền tảng quy trình công nghệ quang điện tử dựa trên silicon 8 inch. Chỉ trong vài tháng, quy trình quang học silicon do hãng tự phát triển đã đạt đến mức rất tốt, và chính thức phát hành" Bộ hoàn chỉnh 180nm của quy trình quang học silicon PDK" ra thế giới, đánh dấu rằng công ty có năng lực sản xuất quy trình độc lập trong lĩnh vực quang điện tử dựa trên silicon, và bắt đầu cung cấp dịch vụ dòng chip quang silicon cho thế giới.
Ở cấp quốc gia, các chính sách thuận lợi hỗ trợ công nghệ quang học silicon đã và đang được đưa ra và các chính quyền địa phương cũng đã vào cuộc. Thượng Hải đã rõ ràng đưa ra sự phát triển của chip photon với thiết bị, quang tử silicon đột phá quan trọng, thiết bị giao tiếp quang học, nghiên cứu và phát triển chip photon và ứng dụng một thế hệ thiết bị quang tử mới, chẳng hạn như thiết bị quang tử công nghệ mô-đun, dựa trên CMOS công nghệ quang tử silicon, công nghệ tích hợp chip, nghiên cứu công nghệ đóng gói mô-đun tích hợp quang điện để thực hiện các nghiên cứu trọng điểm. Tỉnh Hồ Bắc, thành phố Trùng Khánh, Tô Châu và các chính phủ khác đã lấy chip quang học silicon làm ngành công nghiệp chủ chốt để phát triển trong giai đoạn Kế hoạch 5 năm lần thứ 14." Thật khó để nhận thấy sự khác biệt đáng kể trong cách bố trí giữa các khu vực khác nhau dựa trên kế hoạch của họ." Chúng tôi sẽ phát triển ngành công nghiệp chip quang học silicon bằng cách tích cực giới thiệu các công ty mới và tận dụng nền tảng ngành công nghiệp chip hiện có của chúng tôi." Li Peigang nói.
Ánh sáng và điện sẽ hoạt động cùng nhau vì một tương lai đôi bên cùng có lợi
Công nghệ quang học silicon đã trở thành mục tiêu tiếp theo của ngành vì nhiều đặc tính của nó. Với sự trưởng thành không ngừng của công nghệ công nghiệp hóa và tối ưu hóa môi trường công nghiệp, ngành công nghiệp chip quang silicon của Trung Quốc&# 39 đang sẵn sàng để phát triển.
Theo kế hoạch phát triển ngành quang tử silicon của Intel&# 39, ngành công nghiệp mô-đun quang silicon có
bước vào thời kỳ phát triển nhanh chóng. Vào năm 2022, công nghệ quang tử silicon sẽ vượt qua các mô-đun quang học truyền thống về tốc độ cao nhất trên giây, mức tiêu thụ năng lượng và chi phí. Người ta dự đoán rằng thị trường mô-đun quang học silicon sẽ tăng trưởng 40% và đạt 3,9 tỷ đô la vào năm 2024, chiếm 21% tổng quy mô thị trường vào thời điểm đó.
& quot; Hiện tại, ánh sáng và điện có trên hai' đường đua', mỗi đường đều có kịch bản ứng dụng riêng. Trong tính toán logic, xu hướng tương lai là tích hợp quang điện tử, và tính toán toàn quang sẽ mất nhiều thời gian để đạt được." Li Peigang cho biết mặc dù mạch tích hợp quang tử vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng nó đã trở thành xu hướng phát triển chủ đạo của các thiết bị quang học đã trở thành tất yếu.
& quot; Nói chung, các chip quang tử hiện chỉ có thể thay thế các chip điện tử trong các lĩnh vực truyền và tính toán riêng lẻ." Li Peigang cho biết mặc dù cả hai giống nhau về quy trình và độ phức tạp của quá trình sản xuất, nhưng yêu cầu về cấu trúc chip quang tử không khắt khe như chip điện tử, thường là 100 nanomet," điều này làm giảm đáng kể sự phụ thuộc vào công nghệ tiên tiến, mức độ nhất định để giảm bớt tắc nghẽn phát triển chip hiện tại."
& quot; Ánh sáng có lợi cho ánh sáng, điện có lợi cho điện."' Trong một số tình huống ứng dụng, có sự cạnh tranh, nhưng thường xuyên hơn, đó là' một mối quan hệ đôi bên cùng có lợi,' Ông Li nói.
& quot; Công nghệ chip quang học Silicon không trưởng thành như công nghệ chip điện tử, vì vậy có rất nhiều yếu tố chưa được biết đến, tương lai nên là một liên kết tốt giữa cả hai." Li Peigang tin rằng mạch tích hợp điện tử và mạch tích hợp quang tử bổ sung cho nhau." Trong tương lai, chúng ta có thể tận dụng triệt để những ưu điểm của mạch tích hợp quang tử' truyền tốc độ cao và mạch tích hợp điện tử' đa chức năng và thông minh, đồng thời chạy tốt hơn trên' track'. mới" Li Peigang nói.