Dlaczego?Niobat litowy o cienkiej warstwie Nagle.Stać się tak popularnym?

Niedawno dyrektor generalny NVIDIA Jensen Huang stwierdził, że sztuczna inteligencja nowej generacjiinfrastrukturyWill.wymagaća)masywny kwotęo połączeniu optycznym, jakomiedź kablenie może już spełniaćpopyt.

To nie są alarmujące rozmowy.

Wchodzimy w świat światłości

Zszybki rozwójtechnologii informacyjnych,globalne daneruch jestrosnącyWskaźnie, apopytdla informacjipojemnośća takżeprzetwarzanie zdolnośćkontynuujewzrost/Kierowany przezwschodząceTechnologie takie jak komunikacja 5G, Internet rzeczy, chmurakomputeryWielkie.dane, sztucznej inteligencji, tradycyjnejelektronicznesystemy komunikacyjne sącoraz bardziejw przypadku ograniczeń przepustowości i dużej mocyzużyciewyzwania.

Technologia łączności optycznej, ze swoimi zaletami wysokiej przepustowości, niskiejutrata, i odporność na działanie elektromagnetycznezakłócenia, stał się kluczowym rozwiązaniem tych wyzwań.

W sprawiepodstawowepowód, dla którego sztuczna inteligencja nowej generacjiinfrastrukturymusiPolegaćW związku z tym, że “wielkość “wielkości ” jest bardzo duża w połączeniach optycznych, “wielkość “wielkości ” zastąpiła “wielkość “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości “wielkości ”wielkości “wielkości ”wielkości ”wielkości ”wielkości ”wielkości “wielkości ”wielkości ”wielkości ”wielkości ”wielkości komputeryGdy klastry GPU rozszerzają się do dziesiątek tysięcy, a nawet setek tysięcy kart, pojedyncze...kanał danestawki sąprzemieszczanie w kierunku/W szpitalu fizycznymwarstwa,miedź kable/Są w stanie uderzyć wograniczenia nałożoneprzezskóraefekt i dielektrycznyutrata,skracanieichskuteczne przenoszenie odległośćTo sprawia, że nie są w stanie sprostać skali.wymaganiaprzezserwer stojaki.

Jednocześnie łącza optyczne mogązmniejszyćmoczużycie naZwiększenie przepustowości łącznej o ponad 40%, co czyni je jednym z najpopularniejszychobiecująceSposoby rozwiązania problemuenergia-wydajność kryzysw fabrykach sztucznej inteligencji.

Niobat litu - materiał, który czekałDziesiątki latDla swojej chwili

Modulatory elektrooptyczne lub EOM są kluczoweskładnikiw systemach łączności optycznej.główniefunkcja jest doprzekształcići modulowaćelektryczne sygnałydo optycznegosygnałyIch występybezpośrednio wpływa/przenoszenieprędkość, moczużycie,sygnałjakości, orazstabilnośćw sprawiecałośćsystem komunikacji.

Ogólniekonstrukcja systemu łączności światłowodowej

Niobat litu, lub LiNbO3, jest krytycznym materiałem elektrooptycznym.2W związku z dużą stabilnością chemiczną i szerokim oknem przejrzystości od około 350 nm do 5 μm, od lat 60.Niobat litu jest szeroko stosowany w modulacjach elektrooptycznych.

Jednakże, chociaż niobat litu był niezbędny na poziomie systemu, został w dużej mierze pozostawiony w tyle przez prawie trzy dekady podczas fali integracji na poziomie chipu.

Powodem są ograniczenia tradycyjnych modulatorów litowego niobatu, które modulują sygnały optyczne za pomocą pola elektrycznego w celu kontrolowania fazy lub intensywności światła.Jednakże, ze względu na właściwości fizyczne materiału i ograniczenia konwencjonalnych technologii przetwarzania, masowe przewodniki fal niobatu litu są zazwyczaj w skali milimetrowej do centymetrowej.Ogranicza to efektywność interakcji pomiędzy polem optycznym a polem elektrycznym, co oznacza, że skuteczna modulacja często wymaga wysokich napięć napędowych w zakresie od kilku woltów do kilkudziesięciu woltów.

Ponadto duże rozmiary urządzenia utrudniają integrację z platformami fotoniki krzemowej, ograniczając jego zastosowanie w systemach optoelektronicznych na poziomie chipu.Tradycyjne metody przetwarzania powodują również stosunkowo duże straty transmisji przewodników fal, co dodatkowo ogranicza wydajność urządzenia i jego zdolności przesyłowe na duże odległości.

W rezultacie platformy takie jak fotonika krzemu, InP i SiN zaczęły rosnąć szybko,natomiast niobat litu był kiedyś postrzegany jako materiał o doskonałej wydajności, ale słabej skalowalności i niskiej gęstości integracji.

Technologia cienkich folii pojawiła się w momencie, w którym przemysł jej potrzebował

Zmiana nastąpiła wraz z rozwojem technologii niobatu litowego o cienkiej warstwie (TFLN).

Cienkorzębny niobat litu opiera się na “izolacji “substratu ” heterogenicznej strukturze “niobatu litu”.Poprzez zaawansowane techniki wytwarzania, takie jak cięcie jonów krystalicznych i polerowanie mechaniczne chemiczne, jednokrystalowe cienkie folie niobatu litu można oddzielić od materiału masowego i przenieść na podłoże takie jak krzem, szafir lub dwutlenek krzemu.

W porównaniu z luzem niobatu litu, cienkopłasowy niobat litu umożliwia struktury przewodników fal w skali submikronowej z znacznie silniejszym zamknięciem optycznym.To znacznie zwiększa wydajność interakcji pomiędzy polami optycznymi i elektrycznymi, często o dziesiątki razy, co znacząco zmniejsza napięcie napędowe i zmniejsza rozmiar urządzenia.

Ponadto niska utrata transmisji cienkofylu niobatu litu daje mu wyjątkowe zalety w zdalnych układach fotonicznych zintegrowanych.Jego kompatybilność z platformami na bazie krzemu zapewnia również nową drogę dla heterogenicznej zintegrowanej fotoniki.

Litium niobate jednokrystaliczny cienki film, źródło: Jinan Jingzheng Electronics Co., Ltd.

To, czy technologia staje się popularna, zależy częściowo od tego, jak dobra jest, a częściowo od tego, czy epoka zapewnia jej odpowiednie zapotrzebowanie na zastosowanie.

Patrząc na kilka kluczowych wskaźników wydajności, staje się jasne, dlaczego TFLN jest agresywnie stosowany w epoce 1.6T i 3.2T:

1. Szerokość pasma:Łatwo przekracza 100 GHz i zbliża się do 200 GHz.
2. Zużycie energii:Tylko dziesiątki femtojouli na bit.
3. Jakość sygnału:Niska utrata wstawienia, bardzo niski świr i doskonała liniowość.
4. Różnorodność:Jedna platforma może obsługiwać funkcje elektrooptyczne, nieliniowe i kwantowe.

Z punktu widzenia popytu w branży, potęga obliczeniowa sztucznej inteligencji rośnie gwałtownie.To jest dokładnie ta epoka, dla której powstał tenkowłosowy niobat litu..

Weźmy na przykład obecnie bardzo dyskutowaną optykę kopakowaną, czyli CPO.CPO przenosi silnik optyczny z przedniego modułu podłączalnego bezpośrednio na ten sam podłoże pakietu jak chip przełącznika lub ASICPo tym, jak NVIDIA przejęła pozycję lidera w zakresie masowej produkcji rozwiązań CPO dla swoich serii Spectrum-X i Quantum, wyniki pomiarów były uderzające: utrata wstawienia spadła z około 22 dB do około 4 dB.Integralność sygnału wzrosła o około 63 razy., a efektywność mocy optycznej systemu wzrosła nawet o 5 razy.

Jednakże CPO nie jest po prostu kwestią "przeniesienia" istniejących modułów optycznych do nowej lokalizacji.warunki termiczne stają się surowszeKażdy komponent w silniku optycznym jest popychany do swoich fizycznych ograniczeń.

To właśnie w tych nowych warunkach cienkofylowy niobat litu pojawił się dokładnie we właściwym czasie.

Innymi słowy, cienkofilmowy niobat litu stał się popularny nie tylko dlatego, że stał się cieńszy,ale ponieważ infrastruktura obliczeniowa AI wreszcie osiągnęła poziom, w którym potrzebuje TFLN jako strukturalnej technologii nośnej.

Dlatego NVIDIA inwestuje 4 miliardy dolarów w firmy takie jak Coherent i Lumentum.dwa przedsiębiorstwa, które łącznie odpowiadają za około 80% światowego rynku modulatorów niobatu litu z cienką warstwą.