當(dāng)摩爾定律逼近物理邊界，光子技術(shù)正成為突破瓶頸的關(guān)鍵鑰匙措施。近日大大縮短，一項突破性研究成果表明，新型光子芯片放大器成功將數(shù)據(jù)傳輸帶寬提升3倍緊密相關，這一進(jìn)展不僅標(biāo)志著光
電子技術(shù)邁向新紀(jì)元更默契了，更預(yù)示著未來計算架構(gòu)的變革。
傳統(tǒng)電子芯片通過銅導(dǎo)線傳輸電信號共同學習，其速度受限于電阻順滑地配合、電容和電磁干擾等物理效應(yīng)深入。即便采用最先進(jìn)的5納米工藝效高，數(shù)據(jù)傳輸速率仍難以突破每秒萬億比特(Tb/s)大關(guān)。而光子芯片以光波為信息載體基礎，利用光的偏振性能、波長等特性進(jìn)行編碼拓展基地，具有天然的高帶寬、低延遲和抗電磁干擾優(yōu)勢實力增強。此次研發(fā)的光子放大器通過優(yōu)化光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)體系流動性，采用量子點摻雜增益介質(zhì)，實現(xiàn)了對光信號的級聯(lián)放大帶來全新智能，將單通道傳輸速率從400Gb/s推高至1.2Tb/s實現了超越，相當(dāng)于1秒鐘可傳輸240部高清電影。
該放大器的核心突破在于其三維光互連架構(gòu)去完善。研究人員將多層硅基光波導(dǎo)垂直堆疊橋梁作用，通過微環(huán)諧振器實現(xiàn)光信號的精準(zhǔn)耦合與路由。這種設(shè)計將傳統(tǒng)平面光路的"單車道"擴(kuò)展為立體交叉的"多車道網(wǎng)絡(luò)"求索，配合分布式布拉格反射鏡進(jìn)行信號整形讓人糾結，有效抑制了光脈沖展寬效應(yīng)。實驗數(shù)據(jù)顯示穩定發展，在10公里傳輸距離內(nèi)基石之一，誤碼率保持在10?¹²量級，完全滿足數(shù)據(jù)中心長距離傳輸需求增持能力。
當(dāng)前全球超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心年均耗電量已超過部分國家共同努力，其中60%能耗用于數(shù)據(jù)搬運。光子放大器可支撐單根光纖承載10倍于現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)量服務，配合空分復(fù)用技術(shù)很重要，有望將數(shù)據(jù)中心內(nèi)部帶寬密度提升至Pbit/s級，顯著降低冷卻與供電壓力覆蓋。
面向6G的THz頻段通信需要太赫茲級帶寬支持異常狀況，光子放大器與硅光子集成收發(fā)模塊結(jié)合，可構(gòu)建超高頻譜效率的前傳網(wǎng)絡(luò)高效。測試中應用創新，單基站吞吐量已達(dá)10Tb/s，為8K全息視頻流機構、觸覺互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用鋪平道路的特性。
在汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中，光子放大器使
激光雷達(dá)(LiDAR)的數(shù)據(jù)刷新率從10Hz躍升至30Hz基礎，結(jié)合邊緣計算單元提供堅實支撐，可將自動駕駛決策延遲壓縮至10毫秒以內(nèi)。在AR/VR設(shè)備中實踐者，通過光互連實現(xiàn)的多核處理器協(xié)同取得明顯成效，能實時渲染8K@120fps的沉浸式畫面。
盡管實驗室數(shù)據(jù)亮眼數據，光子芯片的產(chǎn)業(yè)化仍面臨成本創新的技術、工藝兼容性等挑戰(zhàn)發揮。目前單個光子放大器的制造成本約為同功能電子器件的5倍，且需要與CMOS工藝實現(xiàn)無縫集成快速增長。業(yè)界預(yù)測開放以來，隨著300mm硅光子產(chǎn)線陸續(xù)投產(chǎn)，到2028年光子器件價格有望下降至合理區(qū)間高質量。
更令人期待的是提供了有力支撐，該技術(shù)正與量子計算、神經(jīng)擬態(tài)計算等前沿領(lǐng)域產(chǎn)生交叉前景。通過光子放大器構(gòu)建的光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)意見征詢，可模擬人腦的低功耗并行計算模式；在量子通信中大大提高，其超寬帶特性為量子密鑰分發(fā)提供了理想的信道載體的必然要求。
年終盤點丨中標(biāo)金額超9.2億勃勃生機！2024年色譜儀中標(biāo)數(shù)據(jù)出爐
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