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集成电路的问题及解决方案

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:但是,目前人们认为电子集成技术的计算能力仍然不够,且存在以下问题:运算速度太慢;能耗效率太低;光电转换太频繁。而大规模的光子集成技术可能能够解决电子集成技术面临的问题,因为光子有着更高的运算、通信速度,更大的通信容量,以及更高的运算处理效率。由于光子存储目前也面临困难,难以集成大量的逻辑门且光波难以转化为微波,光子短时间内无法取代电子,但光子集成可以帮助电子集成解决其存在的问题。

集成电路的问题及解决方案

在2020年度全球市值排名前10的公司中,除了沙特阿美公司的石油、伯克希尔公司的投资和Visa公司的金融,剩下7家公司都与芯片有关。其中硅谷的5家公司(苹果、微软、字母亚马逊、脸书)抓住了第三次世界科技革命,从而帮助美国引领全球科技。硅谷的现状反映了集成电路技术的辉煌:1946年,世界上第一台电子计算机诞生于美国宾夕法尼亚大学,它使用18000个电子管,重达30吨,俨然是一个庞然大物;1959年,仙童半导体公司发明了微电子集成技术,缩小了器件尺寸,增大了集成规模;到现在的智能电子产品,极小的芯片可以处理极为复杂的功能,满足人们日益增长的需要。

但是,目前人们认为电子集成技术的计算能力仍然不够,且存在以下问题:(1)运算速度太慢;(2)能耗效率太低;(3)光电转换太频繁。

而大规模的光子集成技术可能能够解决电子集成技术面临的问题,因为光子有着更高的运算、通信速度,更大的通信容量,以及更高的运算处理效率。(www.xing528.com)

由于光子存储目前也面临困难,难以集成大量的逻辑门且光波难以转化为微波,光子短时间内无法取代电子,但光子集成可以帮助电子集成解决其存在的问题。当然光子芯片也要学习电子集成技术,将庞大的光路运算构筑在波导上。而光子集成也不是易事,需要同时满足三个要素:(1)超低的传输损耗:受限于材料吸收与加工表面粗糙度;(2)超小的转弯半径:受限于波导芯与包层的折射率差值;(3)超快的相位调节:受限于波导材料的电光热光特性。

直至最近,能够同时满足上述三个条件的材料只有铌酸锂,它有着极低的损耗(10-3 dB/cm)、极宽的透明窗口(350 nm~5μm)和非常高的电光系数及非线性效应。2014年,南京大学的祝世宁院士研制出世界上第一块铌酸锂集成光子芯片,主要性能指标优于同期硅光子芯片,但是其使用离子扩散等手段来提高折射率,Δn为1%,导致转弯半径过大,集成度不高。

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