สัมภาษณ์ Zhang Xiaoguang แห่งมหาวิทยาลัยไปรษณีย์และโทรคมนาคมปักกิ่ง: สภาพและอนาคตของชิปโฟโตนิก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของการรับส่งข้อมูลทั่วโลก อินเทอร์เน็ต ปัญญาประดิษฐ์ และแอปพลิเคชันคลาวด์คอมพิวติ้งยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากเป็นหนึ่งในแนวโน้มในอนาคตของการสื่อสารความเร็วสูง ชิปโฟโตนิกยังได้นำไปสู่ยุคทองของการพัฒนาอีกด้วย เช่นเดียวกับวงจร "รุ่นก่อน" วงจรออปติคัลยังอยู่ในการย่อขนาด การลดพลังงาน และความต้องการต้นทุนต่ำสำหรับการบูรณาการ ชิปออปติคัลแบบรวม (PIC) ได้เกิดขึ้น และได้กลายเป็นส่วนสำคัญของอุตสาหกรรมการสื่อสารสมัยใหม่ ไม่สามารถละเลยได้ เพื่อชี้แจงสถานการณ์และอนาคตของเทคโนโลยีบูรณาการให้ชัดเจนยิ่งขึ้น Wikipedia ได้สนทนาแบบเห็นหน้ากับศาสตราจารย์ Zhang Xiaoguang จาก School of Electronic Engineering มหาวิทยาลัยไปรษณีย์และโทรคมนาคมปักกิ่ง (BUPT) เพื่อหารือเกี่ยวกับอดีตและปัจจุบัน อายุการใช้งานของชิปโทนิค
ในช่วงเริ่มต้นของการสนทนา ศาสตราจารย์จาง เสี่ยวกวงพูดถูกว่า "เทคโนโลยีการรวมชิปในปัจจุบันมีความเป็นผู้ใหญ่มากและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เช่น โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ อุปกรณ์สมาร์ทโฮม และอื่นๆ ทั้งหมดใช้เทคโนโลยีการรวมชิป อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อบกพร่องในเทคโนโลยีการรวมชิปของจีน และชิปออปติคัลแบบรวมก็เป็นหนึ่งในปัญหา"

ชิปออปติคัลแบบรวมเป็นวงจรการทำงานที่สร้างขึ้นโดยไมโครชิปที่มีส่วนประกอบโฟโตนิกตั้งแต่สองชิ้นขึ้นไป จึงเป็นที่มาของชื่อชิปโฟโตนิก ชิปโฟโตนิกมีข้อดีของความขนานความเร็วสูงและการใช้พลังงานต่ำ และความเร็วในการคำนวณและอัตราการส่งข้อมูลนั้นมากกว่าชิปอิเล็กทรอนิกส์นับพันเท่า ในขณะที่การใช้พลังงานเพียงหนึ่งในเก้าหมื่นของชิปอิเล็กทรอนิกส์ และ ความต้องการด้านโครงสร้างของมันยังต่ำกว่า โดยทั่วไปจะอยู่ที่ระดับหนึ่งร้อยนาโนเมตร ซึ่งช่วยลดการพึ่งพากระบวนการขั้นสูง และถือเป็นเทคโนโลยีพื้นฐานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการแก้ปัญหาคอขวดของการพัฒนากำลังทางคณิตศาสตร์
ในแง่ของหลักการทำงาน ชิปโฟตอนใช้โฟตอนเพื่อส่ง รับรู้ ประมวลผล และส่งข้อมูล ท่อนำคลื่นใช้ในการควบคุมและกำหนดทิศทางของแสง และผ่านการสะท้อนภายในทั้งหมด ชิปโฟโตนิกจึงเทียบได้กับสายไฟที่ใช้ในการส่งสัญญาณไฟฟ้า แหล่งกำเนิดเลเซอร์ให้แสงที่จำเป็นในการขับเคลื่อนส่วนประกอบต่างๆ คล้ายกับสวิตช์ในวงจร ด้วยการเชื่อมต่อท่อนำคลื่น ทำให้สามารถรวมส่วนประกอบต่างๆ และสร้างไว้บนพื้นผิวเดียวได้ ทำให้เกิดโซลูชันที่แข็งแกร่งและมีขนาดเล็กลง ส่วนประกอบในวงจรโฟโตนิกสามารถเป็นแบบพาสซีฟและแอคทีฟ โดยมีส่วนประกอบแบบพาสซีฟซึ่งรวมถึงสวิตช์และมัลติเพล็กเซอร์ และส่วนประกอบแบบแอคทีฟรวมถึงตัวตรวจจับและเลเซอร์
เมื่อเปรียบเทียบกับชิปอิเล็กทรอนิกส์ ความยากในการรวมชิปโฟโตนิกมีสาเหตุหลักมาจากลักษณะที่ไม่ต่อเนื่องกัน จากมุมมองด้านการผลิต การผลิตชิปแบบรวมโทนิคไม่ใช่เรื่องง่าย อุปกรณ์โฟโตนิกมีโครงสร้างสามมิติ ซึ่งซับซ้อนกว่าโครงสร้างสองมิติของการบูรณาการเซมิคอนดักเตอร์มาก ในการบูรณาการเลเซอร์ ตัวตรวจจับ โมดูเลเตอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ เข้ากับชิป จำเป็นต้องสะสมและกัดกรดบนชั้นไดอิเล็กตริกฟิล์มบางหลายชั้นของวัสดุที่แตกต่างกัน เช่น อินเดียมฟอสไฟด์ ซึ่งมีความต้องการอย่างมากสำหรับอุปกรณ์และข้อกำหนดของกระบวนการ
“อย่างไรก็ตาม ฉันยังคงมั่นใจในการเอาชนะความยากลำบากเหล่านี้ภายในประเทศ” ศาสตราจารย์จาง เสี่ยวกวง กล่าวว่า "มีแนวโน้มของการบูรณาการโดยใช้ซิลิคอนในอุตสาหกรรมอยู่แล้ว เนื่องจากการบูรณาการระบบประเภทนี้ค่อนข้างจะสมบูรณ์แล้ว และการวิจัยในประเทศเกี่ยวกับชิปออปติคอลซิลิคอนก็ได้รับการประสานกับทั่วโลกโดยพื้นฐานแล้ว แต่จะทำอย่างไร ใช้ซิลิคอนเป็นสารตั้งต้นของส่วนประกอบทางแสงและตระหนักถึงการผลิตจำนวนมากของเทคโนโลยี ภายในยังคงมีปัญหามากมาย และตอนนี้อุปกรณ์บางอย่างที่ทำงานได้ดีกว่าในกระบวนการทดลองของเรายังคงต้องพึ่งพาการนำเข้า"
ในความเห็นของศาสตราจารย์จาง เสี่ยวกวง อุตสาหกรรมชิประดับนานาชาติได้รับการพัฒนามานานหลายทศวรรษ ยุโรป สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และประเทศอื่น ๆ ในอุตสาหกรรมชิปออปติคอลเริ่มต้นก่อนหน้านี้ เทคโนโลยีชั้นนำ สหรัฐอเมริกาได้ก่อตั้ง "National Institute for Photonic Integrated Manufacturing Innovation" มานานแล้ว เพื่อสร้างแพลตฟอร์มสำหรับการพัฒนาและการเตรียมอุปกรณ์ที่บูรณาการโฟโตนิก สหภาพยุโรปเตรียมดำเนินโครงการ "Horizon 2020" โดยมุ่งเน้นไปที่การนำโครงการวิจัยบูรณาการออปโตอิเล็กทรอนิกส์ไปใช้ ญี่ปุ่นจะดำเนินการ "โครงการวิจัยและพัฒนาขั้นสูง" "โครงการวิจัยและพัฒนาขั้นสูง" การดำเนินการของญี่ปุ่น "โครงการวิจัยและพัฒนาขั้นสูง" การปรับใช้โครงการพัฒนาเทคโนโลยีระบบฟิวชั่นออปโตอิเล็กทรอนิกส์ บริษัทชิปออปติคัลในต่างประเทศมีข้อได้เปรียบจากการเป็นผู้เสนอญัตติรายแรก ผ่านการสั่งสมเทคโนโลยีหลักและกระบวนการผลิต และค่อยๆ ตระหนักถึงวงจรปิดของอุตสาหกรรม เพื่อสร้างอุปสรรคทางอุตสาหกรรมที่สูง
ผู้ผลิตชิปแสงในประเทศโดยทั่วไปมีความสามารถในการประมวลผลส่วนหลังนอกเหนือจาก epitaxy ของเวเฟอร์ เทคโนโลยี epitaxial แกนของชิปแสงยังไม่สุก เวเฟอร์ epitaxial ระดับไฮเอนด์ในการจัดซื้อโรงงาน epitaxial ระหว่างประเทศ ซึ่งจำกัดการพัฒนาของชิปแสงระดับไฮเอนด์ ตัวอย่างเช่น ชิปเลเซอร์ ประเทศจีนสามารถปรับขนาดการผลิตจำนวนมาก 10G และชิปเลเซอร์อัตราต่ำและปานกลางต่อไปนี้ แต่ชิปเลเซอร์ 25G มีผู้จำหน่ายเพียงไม่กี่รายเท่านั้นที่จะรับรู้ถึงการจัดส่งเป็นชุด ชิปเลเซอร์อัตรา 25G หรือมากกว่านั้น ผู้ขายส่วนใหญ่ ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาหรือการผลิตทดลองขนาดเล็ก
ในช่วงเริ่มต้นของเทคโนโลยีในประเทศก่อนหน้านี้ การวิจัยบูรณาการชิปในประเทศมีความสำคัญมากกว่าผลการวิจัยสำเร็จรูปของต่างประเทศในการพัฒนาและสร้างสรรค์สิ่งใหม่ ๆ โดยมีการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบระหว่างประเทศของระดับสูงสุดในประเทศ -อุตสาหกรรมเทคโนโลยีในด้านเทคโนโลยีได้รับข้อจำกัดมากขึ้นเรื่อยๆ แต่ยังทำให้ผู้คนตระหนักถึงความสำคัญของการพึ่งพาตนเองทางเทคโนโลยีมากขึ้น จีนเปิดตัว "ชิปรวมโฟโตนิกขนาดใหญ่" ในช่วงต้นปี 2559 ซึ่งเป็นโครงการพิเศษทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนำร่องเชิงยุทธศาสตร์ของสถาบันวิทยาศาสตร์จีน ซึ่งส่งเสริมการพัฒนานวัตกรรมอิสระในประเทศอย่างเข้มแข็ง
“อย่างไรก็ตาม สิ่งที่สำคัญที่สุดสำหรับประเทศในการบรรลุความก้าวหน้าทางอุตสาหกรรมอย่างแท้จริงนั้นอยู่ที่การสร้างระบบ” ศาสตราจารย์จาง เสี่ยวกวงเน้นย้ำในตอนท้ายของการพูดคุย “จากมุมมองของการผลิตจริง สิ่งที่สำคัญที่สุด ขั้นตอนในการบรรลุการพึ่งพาตนเองคือการสร้างระบบอุตสาหกรรมโดยรวมโดยเฉพาะการก่อตัวของการไหลของกระบวนการที่สมบูรณ์หากสามารถเข้าใจหลักการได้ตั้งแต่แรกก็จำเป็นต้องสร้างระบบ หากใน หลักการของกรณีทั้งหมดสามารถผ่านไปได้ เนื่องจากกระบวนการที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะไม่สามารถรับประกันผลผลิตของผลิตภัณฑ์ได้ นวัตกรรมอิสระจึงยังคงอยู่บนกระดาษเท่านั้น"