Porquê?Niobato de lítio de película fina De repente.Tornar-se tão popular?

Há pouco tempo, o CEO da NVIDIA, Jensen Huang, afirmou que a próxima geração de IAInfraestruturaseráexigira)maciça quantidadede interligações ópticas, comocobre Cabosnão pode mais satisfazer odemanda.

Isto não é alarmismo.

Entramos no mundo da luz

Com oRapido desenvolvimentode tecnologia da informação,global dadosO tráfego écrescendoExponencialmente, e odemandaPara informaçãocapacidadeeprocessamento capacidadecontinua asubidaConduzido poremergentesTecnologias como as comunicações 5G, a Internet das Coisas, a nuvemcomputaçãoGrande.dados, e inteligência artificial,EletrônicoOs sistemas de comunicação sãocada vez maisenfrentando gargalos de largura de banda e alta potênciaConsumodesafios.

Tecnologia de comunicação óptica, com as suas vantagens de largura de banda elevada, baixaperdas, e imunidade a radiações electromagnéticasinterferência, tornou-se uma solução fundamental para estes desafios.

Ofundamentalrazão pela qual a próxima geração de IAInfraestruturadeveConfiarO problema mais importante é que a parede de interconexão substituiu acomputaçãoComo os clusters de GPU escalam para dezenas de milhares ou mesmo centenas de milhares de cartões, um únicocanal dadosAs taxas são:movendo-se em direcção224G. Na clínica.camada,cobre CabosEstão a bater nolimites impostoporpeleefeito e dielétricoperdas,compressãoA suaEficaz transmissão distânciaIsto torna-os incapazes de atender à escala-outrequisitosem direcçãoservidor Estacas.

Ao mesmo tempo, as interconexões totalmente ópticas podemreduzirpotênciaConsumo porA sua largura de banda unitária é superior a 40%, tornando-os um dospromissorO que é que se passa?energia-eficiência criseem fábricas de IA.

Niobato de lítio: um material que esperouDécadasPara o Seu Momento

Os moduladores eletro-ópticos, ou EOMs, são fundamentaiscomponentesOs sistemas de comunicação ópticaprincipalA função éConversãoe modulareléctrico sinaisem ópticasinaisO seu desempenhodiretamente afetaOtransmissãovelocidade, potênciaConsumo,sinalqualidade, eestabilidadedointeiroSistema de comunicação.

Em geralestrutura de um sistema de comunicação de fibra óptica

O niobato de lítio, ou LiNbO3, é um material eletro-óptico crítico.2O silício é um material que, devido à sua grande transparência, de cerca de 350 nm a 5 μm, e à sua forte estabilidade química, tem sido considerado há muito tempo na comunidade fotónica como "silício óptico".Niobato de lítio tem sido amplamente utilizado em moduladores eletro-ópticos.

No entanto, embora o niobato de lítio tenha sido indispensável a nível do sistema, foi largamente deixado para trás por quase três décadas durante a onda de integração a nível de chip.

A razão reside nas limitações dos moduladores tradicionais de niobato de lítio a granel. Estes dispositivos modulam sinais ópticos usando um campo elétrico para controlar a fase ou a intensidade da luz.No entanto, devido às propriedades físicas do material e às limitações das tecnologias de processamento convencionais, os guias de onda de niobato de lítio a granel são tipicamente na escala milímetro a centímetro.Isso limita a eficiência da interação entre o campo óptico e o campo elétrico, o que significa que a modulação eficaz requer frequentemente altas tensões de condução que variam de vários volts a dezenas de volts.

Além disso, o grande tamanho do dispositivo dificulta a integração com plataformas de fotônica de silício, restringindo sua aplicação em sistemas optoeletrônicos de nível de chip.Os métodos de processamento tradicionais também resultam em perdas de transmissão relativamente elevadas, limitando ainda mais a eficiência do dispositivo e o desempenho da transmissão de longa distância.

Como resultado, plataformas como fotônica de silício, InP e SiN começaram a crescer rapidamente,Enquanto o niobato de lítio era considerado um material com excelente desempenho, mas pobre escalabilidade e baixa densidade de integração.

A tecnologia de filme fino chegou exatamente quando a indústria precisava dela

O ponto de virada veio com a maturação da tecnologia do niobato de lítio de filme fino, ou TFLN.

O niobato de lítio de película fina baseia-se numa estrutura heterogénea de niobato de lítio, isolador, substrato.Através de técnicas de fabricação avançadas, tais como corte de íons cristalinos e polimento químico mecânico, filmes finos de niobato de lítio de cristal único podem ser separados do material a granel e transferidos para substratos como silício, safira ou dióxido de silício.

Em comparação com o niobato de lítio a granel, o niobato de lítio de filme fino permite estruturas de guia de ondas em escala submicrônica com confinamento óptico muito mais forte.Isto melhora muito a eficiência da interação entre campos ópticos e elétricos, muitas vezes em dezenas de vezes, reduzindo significativamente a tensão de condução e encolhendo o tamanho do dispositivo.

Além disso, a baixa perda de transmissão do niobato de lítio de filme fino confere-lhe vantagens únicas em circuitos integrados fotônicos de longa distância.A sua compatibilidade com plataformas baseadas em silício também proporciona uma nova via para a fotónica integrada heterogénea.

Película fina de niobato de lítio de cristal único, fonte: Jinan Jingzheng Electronics Co., Ltd.

Se uma tecnologia se torna popular depende em parte de quão boa é, e em parte de se a era lhe dá a demanda de aplicação certa.

Analisando vários indicadores-chave de desempenho, torna-se claro por que a TFLN está a ser adoptada agressivamente na era 1.6T e 3.2T:

1. Largura de banda:Excebe facilmente 100 GHz e está a avançar para 200 GHz.
2. Consumo de energia:Apenas dezenas de femtojoules por pedaço.
3. Qualidade do sinal:Baixa perda de inserção, extremamente baixo zumbido e excelente linearidade.
4. Versatilidade:Uma única plataforma pode suportar funções eletro-ópticas, não-lineares e fotônicas quânticas.

Do ponto de vista da demanda da indústria, o poder de computação da IA está crescendo de forma explosiva. As interconexões ópticas do data center estão sendo rapidamente atualizadas de 400G para 800G, 1.6T e até 3.2T.Este é exactamente o tipo de época para a qual o niobato de lítio de filme fino foi feito..

Tomemos, por exemplo, a óptica co-embaladora, ou CPO, muito discutida hoje.CPO move o motor óptico do módulo pluggable do painel frontal diretamente para o mesmo substrato do pacote como o chip de comutação ou ASICApós a NVIDIA ter assumido a liderança nas soluções de produção em massa de CPO para as suas séries Spectrum-X e Quantum, os resultados medidos foram impressionantes: a perda de inserção caiu de cerca de 22 dB para cerca de 4 dB.A integridade do sinal melhorou cerca de 63 vezes, e a eficiência de potência óptica do sistema aumentou até 5 vezes.

No entanto, a CPO não é simplesmente uma questão de "mudar" os módulos ópticos existentes para um novo local.As condições térmicas tornam-se mais duras.Cada componente dentro do motor óptico é empurrado para os seus limites físicos.

É sob estas novas restrições que o niobato de lítio de película fina chegou exatamente no momento certo.

Em outras palavras, o niobato de lítio de película fina tornou-se popular não apenas porque se tornou mais fino,Mas porque a infra-estrutura de computação de IA finalmente atingiu o nível onde precisa de TFLN como uma tecnologia de carga estrutural.

É por isso que estamos a ver a NVIDIA investir 4 mil milhões de dólares em empresas como a Coherent e a Lumentum,duas empresas que, juntas, representam cerca de 80% do mercado mundial de moduladores de niobato de lítio de película fina de gama alta.