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上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院（信息與電子工程學(xué)院）周林杰教授團(tuán)隊(duì)近日宣布重大技術(shù)突破，陸梁軍副教授和李雨副教授通過(guò)將低損耗相變材料Sb₂Se₃與硅基微環(huán)諧振器異質(zhì)集成，成功研發(fā)全球首款近零功耗"現(xiàn)場(chǎng)可編程"光收發(fā)芯片。該成果攻克了硅基微環(huán)器件長(zhǎng)期存在的波長(zhǎng)調(diào)諧能耗高、溫度穩(wěn)定性差等核心難題，為下一代高密度光互連技術(shù)開(kāi)辟了新路徑。 研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用硅光后道兼容工藝，在硅基微環(huán)諧振器的PN結(jié)上直接集成Sb₂Se₃相變材料薄膜。通過(guò)精確控制電脈沖觸發(fā)材料在晶態(tài)與非晶態(tài)間轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了覆蓋整個(gè)自由光譜范圍的高精度波長(zhǎng)調(diào)諧，調(diào)諧精度達(dá)到10皮米且無(wú)需維持功耗。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)可使微環(huán)陣列實(shí)現(xiàn)單通道100Gbps、四通道400Gbps的高速數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)通過(guò)創(chuàng)新反饋機(jī)制將溫漂影響降低至可忽略水平。 
非易失現(xiàn)場(chǎng)可編程微環(huán)陣列光收發(fā)芯片架構(gòu)與工作原理 這項(xiàng)突破性成果源于對(duì)人工智能時(shí)代算力瓶頸的深刻洞察。隨著大語(yǔ)言模型參數(shù)規(guī)模突破萬(wàn)億級(jí)別，傳統(tǒng)XPU間的互連帶寬已成為制約計(jì)算性能的關(guān)鍵因素。光互連技術(shù)憑借其超大帶寬、超低損耗的特性被視為破局關(guān)鍵，而硅基微環(huán)諧振器因其緊湊尺寸和低功耗優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注。但制造工藝偏差與環(huán)境溫度波動(dòng)導(dǎo)致的性能不穩(wěn)定，長(zhǎng)期阻礙著該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人周林杰教授表示，此次將相變材料與硅光器件深度融合的創(chuàng)新方案，既解決了光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用的工程難題，又拓展了相變材料的應(yīng)用邊界。通過(guò)材料科學(xué)、微電子學(xué)與光子學(xué)的跨學(xué)科協(xié)同，研究團(tuán)隊(duì)不僅實(shí)現(xiàn)了諧振波長(zhǎng)的非易失性編程，更開(kāi)發(fā)出基于光功率監(jiān)測(cè)的智能溫控反饋系統(tǒng)，使多微環(huán)陣列能在復(fù)雜環(huán)境下保持穩(wěn)定工作狀態(tài)。 該芯片的成功研制標(biāo)志著硅基光電子器件向?qū)嵱没~出關(guān)鍵一步。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，新技術(shù)在保持調(diào)制探測(cè)性能不受影響的前提下，徹底消除了傳統(tǒng)方案中維持波長(zhǎng)狀態(tài)所需的持續(xù)能耗。四通道收發(fā)芯片的演示成功，為構(gòu)建大規(guī)模集成光互連系統(tǒng)提供了可擴(kuò)展的技術(shù)框架。 業(yè)內(nèi)專家評(píng)價(jià)認(rèn)為，這項(xiàng)成果不僅為數(shù)據(jù)中心光互連、高速通信網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域帶來(lái)變革性影響，其展示的跨學(xué)科創(chuàng)新模式更對(duì)推動(dòng)光子技術(shù)與人工智能、量子信息等前沿領(lǐng)域的融合具有示范意義。隨著后續(xù)工藝優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，該技術(shù)有望重塑全球光電子產(chǎn)業(yè)格局，為我國(guó)在"后摩爾時(shí)代"的信息技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中贏得戰(zhàn)略主動(dòng)。 目前，相關(guān)研究論文已發(fā)表于國(guó)際光子學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《PhotoniX》，研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的重點(diǎn)支持。團(tuán)隊(duì)正著手推進(jìn)該技術(shù)的工程化應(yīng)用，計(jì)劃通過(guò)與產(chǎn)業(yè)界合作加速成果轉(zhuǎn)化，為全球算力基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。 |
