Γιατί;Λιθικό νιοβατικό λεπτόφυλλου Ξαφνικά.Να Γίνεσαι Τόσο Δημοφιλής;

Πριν από λίγο καιρό, ο διευθύνων σύμβουλος της NVIDIA, Jensen Huang, δήλωσε ότι η επόμενη γενιά AIυποδομέςθααπαιτούνΑτεράστια ποσότητατων οπτικών διασυνδέσεων, όπωςχάλκινο καλώδιαδεν μπορούν πλέον να ανταποκριθούν στηνζήτηση.

Αυτό δεν είναι ανησυχητική συζήτηση.

Μπαίνουμε στον Κόσμο του Φωτός

Με τοΓρήγορα αναπτυξιακήτης τεχνολογίας των πληροφοριών,Παγκόσμια δεδομέναΗ κυκλοφορία είναιαναπτύσσονταιεκθετικά, και ηζήτησηγια πληροφορίεςΔυνατότητακαιΕπεξεργασία ικανότηταΣυνεχίζειάνοδοςΟδηγείται απόαναδυόμενατεχνολογίες όπως οι επικοινωνίες 5G, το Διαδίκτυο των Πραγμάτων, το cloudυπολογιστέςΜεγάλη.δεδομένα, και της τεχνητής νοημοσύνης,ηλεκτρονικόΤα συστήματα επικοινωνίας είναιόλο και περισσότεροΑντιμετωπίζοντας μειονεκτήματα εύρους ζώνης και υψηλής ισχύοςκατανάλωσηπροκλήσεις.

Η τεχνολογία οπτικής επικοινωνίας, με τα πλεονεκτήματα της υψηλού εύρους ζώνης, χαμηλήςαπώλεια, και ανοσία σε ηλεκτρομαγνητικάπαρεμβολές, έχει καταστεί βασική λύση για τις προκλήσεις αυτές.

ΗθεμελιώδηΟ λόγος για τον οποίο η επόμενη γενιά AIυποδομέςπρέπειΝα βασίζεσαιΤο ∆είχος Διασύνδεσης έχει αντικαταστήσειυπολογιστέςΚαθώς τα γκρουπ GPU κλιμακώνονται σε δεκάδες χιλιάδες ή ακόμα και εκατοντάδες χιλιάδες κάρτες, το μόνο...κανάλι δεδομέναΤα ποσοστά είναιΜετακίνηση Προς ταΣτο φυσικό.στρώμα,χάλκινο καλώδιαΧτυπούν τοόρια επιβαλλόμενοαπόδέρμαΕνεργειακό και διηλεκτρικόαπώλεια,Συμπίεσητουςαποτελεσματικό μετάδοση απόστασηΑυτό τους καθιστά ανίκανους να ανταποκριθούν στην κλίμακα.Απαιτήσειςαπό την άλλη πλευράδιακομιστής Κρεβάτια.

Ταυτόχρονα, οι οπτικές διασυνδέσεις μπορούν ναμειώσειΔύναμηκατανάλωση κατάΤο μέγεθος της ενιαίας ζώνης είναι μεγαλύτερο από 40%, καθιστώντας τους ένα από τα πιοελπιδοφόραΔρόμους για την επίλυση τηςενέργεια-αποδοτικότητα κρίσησε εργοστάσια τεχνητής νοημοσύνης.

Νιοβατικό Λιθίου: Ένα Υλικό που ΠερίμενεΔεκαετίεςΓια τη στιγμή της

Οι ηλεκτρο-οπτικοί διαμορφωτές, ή EOMs, είναι το κλειδίσυστατικάΕπικοινωνίεςκύριοΗ λειτουργία είναι ναμετατρέψτεκαι διαμόρφωσηηλεκτρικό σήματασε οπτικήσήματαΗ απόδοσή τουςάμεσα επηρεάζειΤομετάδοσηταχύτητα, ισχύκατανάλωση,σήμαποιότητα καισταθερότητατηςολόκληρηΣύστημα επικοινωνίας.

Συνολικάδομή συστήματος επικοινωνίας οπτικών ινών

Το νιοβατικό λίθιο, ή LiNbO3, είναι ένα κρίσιμο ηλεκτρο-οπτικό υλικό. Με την εξαιρετική ηλεκτρο-οπτική του επίδραση, σχετικά υψηλό δείκτη διάθλασης περίπου 2.2Η ∆ημοκρατία της Γερμανίας, η οποία έχει ένα ευρύ παράθυρο διαφάνειας από περίπου 350 nm έως 5 μm, και ισχυρή χημική σταθερότητα, θεωρείται εδώ και πολύ καιρό στην κοινότητα της φωτονικής ως οπτικό πυρίτιο.το νιοβάτη του λιθίου έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε ηλεκτρο-οπτικούς διαμορφωτές.

Ωστόσο, παρόλο που το νιοβάτη του λιθίου ήταν απαραίτητο σε επίπεδο συστήματος, σε μεγάλο βαθμό έμεινε πίσω για σχεδόν τρεις δεκαετίες κατά τη διάρκεια του κύματος ολοκλήρωσης σε επίπεδο τσιπ.

Ο λόγος έγκειται στους περιορισμούς των παραδοσιακών διαμορφωτών νιοβατικού λιθίου.Παρόλα αυτά, λόγω των φυσικών ιδιοτήτων του υλικού και των περιορισμών των συμβατικών τεχνολογιών επεξεργασίας, οι κυματοδηγοί νιοβατικού λιθίου χύδην είναι συνήθως σε κλίμακα χιλιοστών έως εκατοστών.Αυτό περιορίζει την αποτελεσματικότητα αλληλεπίδρασης μεταξύ του οπτικού πεδίου και του ηλεκτρικού πεδίου., πράγμα που σημαίνει ότι η αποτελεσματική διαμόρφωση απαιτεί συχνά υψηλές τάσεις κίνησης που κυμαίνονται από αρκετούς βολτ έως δεκάδες βολτ.

Επιπλέον, το μεγάλο μέγεθος της συσκευής καθιστά δύσκολη την ενσωμάτωση με πλατφόρμες φωτονικής πυριτίου, περιορίζοντας την εφαρμογή της σε οπτοηλεκτρονικά συστήματα επιπέδου τσιπ.Οι παραδοσιακές μέθοδοι επεξεργασίας οδηγούν επίσης σε σχετικά υψηλές απώλειες μετάδοσης κυματοδηγού, περιορίζοντας περαιτέρω την αποτελεσματικότητα της συσκευής και τις επιδόσεις μετάδοσης μεγάλων αποστάσεων.

Ως αποτέλεσμα, πλατφόρμες όπως η φωτονική του πυριτίου, το InP και το SiN άρχισαν να αυξάνονται ραγδαία,ενώ το νιοβάτη του λιθίου θεωρήθηκε κάποτε ως υλικό με εξαιρετικές επιδόσεις, αλλά κακή κλιμακωτότητα και χαμηλή πυκνότητα ολοκλήρωσης.

Η Τεχνολογία της λεπτής ταινίας έφτασε ακριβώς όπως την χρειαζόταν η βιομηχανία

Το σημείο καμπής ήρθε με την ωρίμανση της τεχνολογίας του λεπτού φιλμ νιοβατικού λιθίου, ή TFLN.

Το νιοβατικό λίθιο λεπτής ταινίας βασίζεται σε μια ετερογενή δομή ἀπομονωτικού ἀπό το νιοβατικό λίθιο ἀπό το υπόστρωμα.Μέσα από προηγμένες τεχνικές κατασκευής, όπως η κοπή των κρυστάλλιων ιόντων και η χημική μηχανική γυάλωση, οι λεπτές ταινίες μονοκρυσταλλικού νιοβατικού λιθίου μπορούν να διαχωριστούν από το χύδην υλικό και να μεταφερθούν σε υποστρώματα όπως το πυρίτιο, το ζαφείρι ή το διοξείδιο του πυριτίου.

Σε σύγκριση με το χύδην νιοβάτη του λιθίου, το νιοβάτη του λιθίου με λεπτό φιλμ επιτρέπει υπομικρομετρικές δομές κυματοδηγού με πολύ ισχυρότερο οπτικό περιορισμό.Αυτό ενισχύει σημαντικά την αποτελεσματικότητα αλληλεπίδρασης μεταξύ οπτικών και ηλεκτρικών πεδίων, συχνά κατά δεκάδες φορές, μειώνοντας έτσι σημαντικά την τάση κίνησης και συρρικνώνοντας το μέγεθος της συσκευής.

Επιπλέον, η χαμηλή απώλεια μετάδοσης του νιοβατικού λιθίου λεπτής ταινίας του δίνει μοναδικά πλεονεκτήματα σε ολοκληρωμένα κυκλώματα φωτονικών μεγάλων αποστάσεων.Η συμβατότητά του με πλατφόρμες με βάση το πυρίτιο παρέχει επίσης μια νέα διαδρομή για ετερογενή ολοκληρωμένη φωτονική.

Λιθιονιοβατικό μονοκρυσταλλικό λεπτό φύλλο, πηγή: Jinan Jingzheng Electronics Co., Ltd.

Το αν μια τεχνολογία θα γίνει δημοφιλής εξαρτάται εν μέρει από το πόσο καλή είναι, και εν μέρει από το αν η εποχή της δίνει τη σωστή ζήτηση εφαρμογής.

Εξετάζοντας αρκετούς βασικούς δείκτες απόδοσης, γίνεται σαφές γιατί το TFLN υιοθετείται επιθετικά στην εποχή 1.6T και 3.2T:

1. Διάφρασμα ζώνης:Περνά εύκολα τα 100 GHz και κινείται προς τα 200 GHz.
2. Κατανάλωση ενέργειας:Μόνο δεκάδες femtojoules ανά κομμάτι.
3. Ποιότητα σήματος:Χαμηλή απώλεια εισαγωγής, εξαιρετικά χαμηλό τσιρίτσιο και εξαιρετική γραμμικότητα.
4. Πολλαπλομορφία:Μια ενιαία πλατφόρμα μπορεί να υποστηρίξει ηλεκτρο-οπτικές, μη γραμμικές και κβαντικές φωτονικές λειτουργίες.

Από την άποψη της ζήτησης της βιομηχανίας, η ισχύς υπολογιστών τεχνητής νοημοσύνης αυξάνεται εκρηκτικά. Οι οπτικές διασυνδέσεις κέντρων δεδομένων αναβαθμίζονται ραγδαία από 400G σε 800G, 1.6T και ακόμη και 3.2T.Αυτή ακριβώς είναι η εποχή για την οποία φτιάχτηκε το νιοβατικό λίθιο..

Πάρτε για παράδειγμα την πολύ συζητούμενη σήμερα οπτική με συνδυασμό συσκευασιών, ή CPO.Η CPO μετακινεί τον οπτικό κινητήρα από την εμπρόσθια μονάδα που συνδέεται απευθείας στο ίδιο υπόστρωμα του πακέτου με το τσιπ διακόπτη ή το ASICΜετά την πρωτοπορία της NVIDIA στην μαζική παραγωγή λύσεων CPO για τις σειρές Spectrum-X και Quantum, τα μετρούμενα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά: η απώλεια εισαγωγής μειώθηκε από περίπου 22 dB σε περίπου 4 dB.Η ακεραιότητα του σήματος βελτιώθηκε περίπου 63 φορές., και η οπτική απόδοση ισχύος του συστήματος αυξήθηκε έως και 5 φορές.

Ωστόσο, η CPO δεν είναι απλώς θέμα μεταφοράς υφιστάμενων οπτικών μονάδων σε μια νέα τοποθεσία.Οι θερμικές συνθήκες γίνονται πιο σκληρές.Κάθε συστατικό μέσα στην οπτική μηχανή ωθείται προς τα φυσικά όριά του.

Είναι κάτω από αυτούς τους νέους περιορισμούς που το νιοβάτη λιθίου λεπτής ταινίας έφτασε ακριβώς τη σωστή στιγμή.

Με άλλα λόγια, το νιοβατικό λιθίου λεπτής ταινίας έχει γίνει δημοφιλές όχι μόνο επειδή έχει γίνει πιο λεπτό,Αλλά επειδή η υποδομή υπολογιστών τεχνητής νοημοσύνης έχει επιτέλους φτάσει στο επίπεδο όπου χρειάζεται το TFLN ως δομική τεχνολογία υποστήριξης φορτίου.

Αυτός είναι ο λόγος που βλέπουμε την NVIDIA να επενδύει 4 δισεκατομμύρια δολάρια σε εταιρείες όπως η Coherent και η Lumentum,δύο εταιρείες οι οποίες μαζί αντιπροσωπεύουν περίπου το 80% της παγκόσμιας αγοράς διαμορφωτών λιθίου νιοβατικού λιθίου λεπτής ταινίας υψηλού επιπέδου.