Revolucionáriofotodetector de silício（Fotodetector de Si）
Fotodetector revolucionário totalmente de silício (Fotodetector de Si）, desempenho além do tradicional
Com a crescente complexidade dos modelos de inteligência artificial e das redes neurais profundas, os clusters de computação impõem maiores demandas à comunicação de rede entre processadores, memória e nós de computação. No entanto, as redes tradicionais on-chip e inter-chip baseadas em conexões elétricas têm sido incapazes de atender à crescente demanda por largura de banda, latência e consumo de energia. Para solucionar esse gargalo, a tecnologia de interconexão óptica, com suas vantagens de longa distância de transmissão, alta velocidade e alta eficiência energética, gradualmente se torna a esperança do desenvolvimento futuro. Entre elas, a tecnologia fotônica de silício baseada no processo CMOS mostra grande potencial devido à sua alta integração, baixo custo e precisão de processamento. No entanto, a realização de fotodetectores de alto desempenho ainda enfrenta muitos desafios. Normalmente, os fotodetectores precisam integrar materiais com uma lacuna de banda estreita, como o germânio (Ge), para melhorar o desempenho da detecção, mas isso também leva a processos de fabricação mais complexos, custos mais altos e rendimentos erráticos. O fotodetector totalmente de silício desenvolvido pela equipe de pesquisa atingiu uma velocidade de transmissão de dados de 160 Gb/s por canal sem o uso de germânio, com uma largura de banda de transmissão total de 1,28 Tb/s, por meio de um design inovador de ressonador de microanel duplo.
Recentemente, uma equipe de pesquisa conjunta nos Estados Unidos publicou um estudo inovador, anunciando que eles desenvolveram com sucesso um fotodiodo de avalanche totalmente de silício (Fotodetector APD). Este chip possui função de interface fotoelétrica de altíssima velocidade e baixo custo, que deverá atingir taxas de transferência de dados superiores a 3,2 Tb por segundo em futuras redes ópticas.
Avanço técnico: projeto de ressonador de microanel duplo
Os fotodetectores tradicionais frequentemente apresentam contradições irreconciliáveis entre largura de banda e capacidade de resposta. A equipe de pesquisa aliviou essa contradição com sucesso usando um projeto de ressonador de microanel duplo e suprimiu efetivamente a diafonia entre os canais. Resultados experimentais mostram quefotodetector totalmente de silícioPossui uma resposta de 0,4 A/W, uma corrente escura de até 1 nA, uma alta largura de banda de 40 GHz e uma diafonia elétrica extremamente baixa, inferior a -50 dB. Esse desempenho é comparável aos fotodetectores comerciais atuais baseados em materiais de silício-germânio e III-V.
Olhando para o futuro: O caminho para a inovação em redes ópticas
O desenvolvimento bem-sucedido do fotodetector totalmente em silício não apenas superou as soluções tradicionais em tecnologia, mas também proporcionou uma economia de cerca de 40% em custos, abrindo caminho para a implementação de redes ópticas de alta velocidade e baixo custo no futuro. A tecnologia é totalmente compatível com os processos CMOS existentes, possui rendimento e rendimento extremamente altos e espera-se que se torne um componente padrão no campo da tecnologia fotônica de silício no futuro. No futuro, a equipe de pesquisa planeja continuar a otimizar o projeto para melhorar ainda mais a taxa de absorção e o desempenho da largura de banda do fotodetector, reduzindo as concentrações de dopagem e aprimorando as condições de implantação. Ao mesmo tempo, a pesquisa também explorará como essa tecnologia totalmente em silício pode ser aplicada a redes ópticas em clusters de IA de próxima geração para alcançar maior largura de banda, escalabilidade e eficiência energética.
Horário da publicação: 31/03/2025