Cách mạngmáy dò quang silicon(Bộ tách sóng quang Si)
Bộ tách sóng quang hoàn toàn bằng silicon mang tính cách mạngBộ tách sóng quang Si), hiệu suất vượt xa truyền thống
Với sự phức tạp ngày càng tăng của các mô hình trí tuệ nhân tạo và mạng nơ-ron sâu, các cụm máy tính đặt ra yêu cầu cao hơn về giao tiếp mạng giữa các bộ xử lý, bộ nhớ và các nút tính toán. Tuy nhiên, các mạng trên chip và liên chip truyền thống dựa trên các kết nối điện đã không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về băng thông, độ trễ và mức tiêu thụ điện năng. Để giải quyết nút thắt cổ chai này, công nghệ kết nối quang học với khoảng cách truyền dẫn dài, tốc độ nhanh, hiệu suất năng lượng cao đang dần trở thành hy vọng cho sự phát triển trong tương lai. Trong số đó, công nghệ quang tử silicon dựa trên quy trình CMOS cho thấy tiềm năng lớn do khả năng tích hợp cao, chi phí thấp và độ chính xác xử lý. Tuy nhiên, việc hiện thực hóa các bộ tách sóng quang hiệu suất cao vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức. Thông thường, các bộ tách sóng quang cần tích hợp các vật liệu có khoảng cách băng hẹp, chẳng hạn như germani (Ge), để cải thiện hiệu suất phát hiện, nhưng điều này cũng dẫn đến các quy trình sản xuất phức tạp hơn, chi phí cao hơn và năng suất không ổn định. Bộ tách sóng quang hoàn toàn bằng silicon do nhóm nghiên cứu phát triển đạt tốc độ truyền dữ liệu 160 Gb/giây trên mỗi kênh mà không sử dụng germani, với tổng băng thông truyền tải là 1,28 Tb/giây, thông qua thiết kế bộ cộng hưởng vòng kép vi mô cải tiến.
Gần đây, một nhóm nghiên cứu chung tại Hoa Kỳ đã công bố một nghiên cứu mang tính đột phá, thông báo rằng họ đã phát triển thành công một điốt quang tuyết lở hoàn toàn bằng silicon (Bộ tách sóng quang APD) chip. Chip này có chức năng giao diện quang điện tốc độ cực cao và chi phí thấp, dự kiến có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu hơn 3,2 Tb mỗi giây trong các mạng quang trong tương lai.
Đột phá kỹ thuật: thiết kế bộ cộng hưởng vòng vi mô kép
Các bộ tách sóng quang truyền thống thường có mâu thuẫn không thể dung hòa giữa băng thông và độ nhạy. Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc khắc phục mâu thuẫn này bằng cách sử dụng thiết kế bộ cộng hưởng vòng kép và triệt tiêu hiệu quả nhiễu xuyên âm giữa các kênh. Kết quả thực nghiệm cho thấybộ tách sóng quang hoàn toàn bằng siliconcó đáp ứng 0,4 A/W, dòng điện tối thấp tới 1 nA, băng thông cao 40 GHz và nhiễu xuyên âm điện cực thấp dưới −50 dB. Hiệu suất này tương đương với các bộ tách sóng quang thương mại hiện nay dựa trên vật liệu silicon-germanium và III-V.
Nhìn về tương lai: Con đường đổi mới trong mạng quang
Việc phát triển thành công bộ tách sóng quang hoàn toàn bằng silicon không chỉ vượt trội hơn các giải pháp công nghệ truyền thống mà còn tiết kiệm được khoảng 40% chi phí, mở đường cho việc hiện thực hóa các mạng quang tốc độ cao, chi phí thấp trong tương lai. Công nghệ này hoàn toàn tương thích với các quy trình CMOS hiện có, có hiệu suất và năng suất cực cao, dự kiến sẽ trở thành một thành phần tiêu chuẩn trong lĩnh vực công nghệ quang tử silicon trong tương lai. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục tối ưu hóa thiết kế để cải thiện hơn nữa tốc độ hấp thụ và hiệu suất băng thông của bộ tách sóng quang bằng cách giảm nồng độ pha tạp và cải thiện điều kiện cấy ghép. Đồng thời, nghiên cứu cũng sẽ khám phá cách công nghệ hoàn toàn bằng silicon này có thể được áp dụng cho các mạng quang trong các cụm AI thế hệ tiếp theo để đạt được băng thông, khả năng mở rộng và hiệu quả năng lượng cao hơn.
Thời gian đăng: 31-03-2025