Entretien avec Zhang Xiaoguang de l'Université des postes et télécommunications de Pékin : le sort et l'avenir des puces photoniques

Ces dernières années, avec la croissance rapide du trafic mondial, les scénarios d'application d'Internet, de l'intelligence artificielle et du cloud computing ont continué à se multiplier, et comme l'une des tendances futures en matière de communication à haut débit, les puces photoniques ont également inauguré une période dorée de développement. Comme son circuit « prédécesseur », le circuit optique répond également aux exigences de miniaturisation, de réduction de puissance et de faible coût de l'appel à l'intégration, la puce optique intégrée (PIC) a vu le jour et est devenue une partie importante de l'industrie des communications moderne. Ne peut pas être ignoré. Afin de clarifier davantage la situation difficile et l'avenir de la technologie intégrée, Wikipédia a eu une conversation en face-à-face avec le professeur Zhang Xiaoguang de l'École d'ingénierie électronique de l'Université des postes et télécommunications de Pékin (BUPT), discutant du passé et du présent. durée de vie des puces photoniques.
Au début de la conversation, le professeur Zhang Xiaoguang est allé droit au but : « La technologie d'intégration de puces est désormais très mature et est largement utilisée dans divers appareils électroniques, tels que les téléphones portables, les ordinateurs, les appareils domestiques intelligents, etc. tous utilisant la technologie d'intégration de puces. Cependant, il existe encore des lacunes dans la technologie d'intégration de puces chinoise, et les puces optiques intégrées sont l'une des difficultés.

Une puce optique intégrée est un circuit fonctionnel formé par une micropuce contenant deux ou plusieurs composants photoniques, d'où le nom de puce photonique. La puce photonique présente les avantages d'un parallélisme à grande vitesse et d'une faible consommation d'énergie, et sa vitesse de calcul et son taux de transmission sont mille fois supérieurs à ceux des puces électroniques, tandis que sa consommation d'énergie n'est que d'un quatre-vingt-dix-millième de celle des puces électroniques, et ses exigences structurelles sont également inférieures, généralement au niveau de la centaine de nanomètres, réduisant ainsi la dépendance à l'égard de processus avancés, et elle est considérée comme la technologie sous-jacente la plus appropriée pour résoudre le goulot d'étranglement du développement de la puissance arithmétique.
En termes de principe de fonctionnement, les puces photoniques utilisent des photons pour transmettre, détecter, traiter et fournir des informations. Les guides d'ondes sont utilisés pour contrôler et diriger la lumière, et grâce à une réflexion interne totale, les puces photoniques sont comparables aux fils utilisés pour transmettre des signaux électriques. Une source laser fournit la lumière nécessaire pour piloter les composants, à l’instar d’un interrupteur dans un circuit. Grâce aux connexions de guides d'ondes, plusieurs composants peuvent être intégrés et fabriqués sur un seul substrat, créant ainsi des solutions robustes et miniaturisées. Les composants des circuits photoniques peuvent être passifs et actifs, avec des composants passifs comprenant des commutateurs et des multiplexeurs et des composants actifs comprenant des détecteurs et des lasers.
Par rapport aux puces électroniques, la difficulté d’intégrer des puces photoniques tient principalement à leur caractère discret. Du point de vue de la fabrication, la fabrication de puces photoniques intégrées n’est pas une chose facile. Les dispositifs photoniques ont une structure tridimensionnelle, bien plus complexe que la structure bidimensionnelle de l’intégration semi-conductrice. Pour intégrer des lasers, des détecteurs, des modulateurs et d'autres dispositifs dans la puce, il est nécessaire de déposer et de graver de manière répétée plusieurs couches diélectriques en couches minces de différents matériaux, tels que le phosphure d'indium, ce qui est très exigeant en termes d'équipement et de processus.
"Cependant, je reste confiant dans ma capacité à surmonter ces difficultés au niveau national." Le professeur Zhang Xiaoguang a déclaré : « Il existe déjà une tendance vers l'intégration basée sur le silicium dans l'industrie, car ce type d'intégration de systèmes est déjà relativement mature et la recherche nationale sur les puces optiques en silicium a été fondamentalement synchronisée avec celle du monde. Si nous utilisons le silicium comme substrat de composants optiques et mettons en œuvre la technologie de production de masse, il y a encore beaucoup de difficultés à l'intérieur, et maintenant certains des dispositifs qui fonctionnent le mieux dans notre processus expérimental doivent encore s'appuyer sur les importations.
Selon le professeur Zhang Xiaoguang, l'industrie internationale des puces se développe depuis des décennies. L'Europe, les États-Unis, le Japon et d'autres pays ont commencé plus tôt dans l'industrie des puces optiques en étant à la pointe de la technologie. Les États-Unis ont créé depuis longtemps le « National Institute for Photonic Integrated Manufacturing Innovation » pour créer une plate-forme pour le développement et la préparation de dispositifs photoniques intégrés ; l'Union européenne pour mettre en œuvre le programme « Horizon 2020 », axé sur le déploiement de projets de recherche en intégration optoélectronique ; Le Japon doit mettre en œuvre le « Programme de recherche et développement avancé », le « Programme de recherche et développement avancé ». Mise en œuvre par le Japon du « Programme de recherche et développement avancé », le déploiement de projets de développement technologique de systèmes de fusion optoélectroniques. Les entreprises étrangères de puces optiques ont un avantage de premier plan, grâce à l'accumulation de technologies de base et de processus de production, et réalisent progressivement la boucle fermée de l'industrie, pour établir des barrières industrielles élevées.
Les fabricants nationaux de puces optiques disposent généralement de capacités de traitement back-end en plus de l'épitaxie des tranches. La technologie épitaxiale du noyau des puces optiques n'est pas mature et les tranches épitaxiales haut de gamme ne sont pas adaptées aux achats d'usines d'épitaxie internationales, ce qui limite le développement de puces optiques haut de gamme. Puce laser, par exemple, la Chine peut augmenter la production de masse de 10G et des puces laser à débit faible et moyen suivantes, mais la puce laser 25G n'est qu'un petit nombre de fournisseurs pour réaliser l'expédition par lots, la puce laser à débit 25G ou plus est la plupart des fournisseurs. encore au stade de R&D ou de production d’essai à petite échelle.
À l'époque du démarrage tardif de la technologie nationale, la recherche nationale sur l'intégration des puces se situe davantage à la hauteur des résultats de recherche prêts à l'emploi des pays étrangers pour se développer et innover, avec les changements dans la forme internationale de la haute technologie nationale. -L'industrie technologique dans le domaine de la technologie a fait l'objet de plus en plus de restrictions, mais a également fait prendre conscience à davantage de personnes de l'importance de l'autonomie technologique. La Chine a lancé la « puce photonique intégrée à grande échelle » dès 2016, des projets scientifiques et technologiques pilotes stratégiques de l'Académie chinoise des sciences, promouvant le développement vigoureux de l'innovation nationale indépendante.
"Cependant, la chose la plus importante pour que le pays réalise de véritables percées industrielles réside dans la construction du système", a souligné le professeur Zhang Xiaoguang à la fin de l'exposé, "du point de vue de la production réelle, le plus important La première étape pour parvenir à l'autonomie consiste à établir le système industriel global, en particulier la formation d'un ensemble complet de flux de processus, si le principe peut être compris en premier lieu, alors il est nécessaire d'établir le système. Le principe du cas de tous peut passer, parce que le processus immature ne peut pas garantir le rendement du produit, l'innovation indépendante n'est encore que sur le papier.