Pourquoi?Niobate de lithium à film mince Tout à coup.Devenir si populaire?

Il n'y a pas si longtemps, le PDG de NVIDIA Jensen Huang a déclaré que l'IA de nouvelle générationles infrastructuresJe veuxnécessitera)énorme Le montantd'interconnexions optiques, commede cuivre câblesne peut plus satisfairela demande.

Ce n'est pas un discours alarmiste.

Nous entrons dans le monde de la lumière

Avec lerapidement le développementde la technologie de l'information,le monde entier donnéesla circulation esten croissanceLes taux d'intérêt sontla demandePour informationcapacitéettraitement capacitécontinue àaugmentationConduit parémergentsLes technologies telles que les communications 5G, l'Internet des objets, le cloudcalculsJe veux dire, grand.données, et l'intelligence artificielle, les technologies traditionnellesélectroniqueLes systèmes de communication sontde plus en plusface à des goulots d'étranglement liés à la bande passante et à la puissance élevéeconsommationdes défis.

La technologie de communication optique, avec ses avantages d'une large bande passante élevée, d'un faibleles pertes, et l' immunité aux rayons électromagnétiquesinterférence, est devenue une solution clé à ces défis.

Lefondamentalla raison pour laquelle l'IA de nouvelle générationles infrastructuresIl fautJe compte sur toi.Le problème majeur des interconnexions optiques réside dans le fait que le mur d'interconnexion a remplacécalculsLes clusters GPU s'élargissent à des dizaines de milliers voire des centaines de milliers de cartes.le canal donnéesLes taux sontdéménager vers224G. À la clinique.couche,de cuivre câblesIls sont en train de frapper leles limites imposéparla peaueffet et diélectriqueles pertes,compressantleurefficaces transmission distanceCela les rend incapables de répondre à l'échelleexigencesà traversserveur étagères.

Dans le même temps, les interconnexions entièrement optiques peuventréduirepuissanceconsommation parL'unité de bande passante est supérieure à 40%, ce qui en fait l'une desprometteurLes chemins pour résoudre le problèmeénergie-l'efficacité la crisedans les usines d'IA.

Le niobate de lithium: un matériau qui attendaitDécenniesPour son moment

Les modulateurs électro-optiques, ou EOM, sont essentielscomposantsLeur utilisation est limitée aux systèmes de communication optique.principaleLa fonction est detransformeret modulerélectrique les signauxdans l'optiqueles signauxLeur performancedirectement affecteLetransmissionvitesse, puissanceconsommation,le signalla qualité, etla stabilitéde laentièreLe système de communication.

Dans l'ensemblestructure d'un système de communication par fibre optique

Le niobate de lithium, ou LiNbO3, est un matériau électro-optique essentiel.2Le silicone, dont la transparence est large (de 350 nm à 5 μm environ) et la stabilité chimique est élevée, est depuis longtemps considéré dans la communauté de la photonique comme le silicium optique.le niobate de lithium a été largement utilisé dans les modulateurs électro-optiques.

Cependant, bien que le niobate de lithium ait été indispensable au niveau du système, il a été largement laissé de côté pendant près de trois décennies pendant la vague d'intégration au niveau des puces.

La raison réside dans les limites des modulateurs de niobate de lithium traditionnels, qui modulent les signaux optiques en utilisant un champ électrique pour contrôler la phase ou l'intensité de la lumière.Cependant, en raison des propriétés physiques du matériau et des limites des technologies de traitement conventionnelles, les guides d'onde en niobate de lithium en vrac sont généralement à l'échelle millimètre à centimètre.Cela limite l'efficacité de l'interaction entre le champ optique et le champ électrique, ce qui signifie qu'une modulation efficace nécessite souvent des tensions de conduite élevées allant de plusieurs volts à des dizaines de volts.

En outre, la grande taille de l'appareil rend difficile l'intégration avec les plates-formes de photonique au silicium, ce qui limite son application dans les systèmes optoélectroniques au niveau de la puce.Les méthodes de traitement traditionnelles entraînent également une perte de transmission relativement élevée, limitant encore l'efficacité du dispositif et les performances de transmission sur de longues distances.

En conséquence, des plateformes telles que la photonique du silicium, InP, et SiN ont commencé à augmenter rapidement,alors que le niobate de lithium était autrefois considéré comme un matériau aux performances excellentes mais à faible évolutivité et faible densité d'intégration.

La technologie du film fin arrive au bon moment pour l'industrie

Le tournant est venu avec la maturation de la technologie du niobate de lithium à film mince, ou TFLN.

Le niobate de lithium à film mince est basé sur une structure hétérogène de niobate de lithium isolant de substrat.Grâce à des techniques de fabrication avancées telles que le tranchage des ions cristallins et le polissage mécanique chimique, des films minces de niobate de lithium monocristallin peuvent être séparés du matériau en vrac et transférés sur des substrats tels que le silicium, le saphir ou le dioxyde de silicium.

Comparé au niobate de lithium en vrac, le niobate de lithium à film mince permet des structures de guides d'ondes à l'échelle sous-micronique avec un confinement optique beaucoup plus fort.Cela améliore considérablement l'efficacité de l'interaction entre les champs optiques et électriques, souvent par dizaines de fois, ce qui réduit considérablement la tension de conduite et réduit la taille du dispositif.

En outre, la faible perte de transmission du niobate de lithium à film mince lui confère des avantages uniques dans les circuits intégrés photoniques à longue distance.Sa compatibilité avec les plateformes à base de silicium offre également une nouvelle voie pour la photonique intégrée hétérogène.

Le produit concerné a été soumis à des contrôles de qualité et à des contrôles de qualité.

La popularité d'une technologie dépend en partie de sa qualité, et en partie de l'évolution de l'époque qui lui confère la demande d'application appropriée.

En examinant plusieurs indicateurs de performance clés, il devient clair pourquoi le TFLN est adopté de manière agressive à l'ère 1.6T et 3.2T:

1. Largeur de bande:dépasse facilement 100 GHz et se dirige vers 200 GHz.
2. Consommation d'énergie électrique:Seulement des dizaines de femtojoules par bit.
3. Qualité du signal:Faible perte d'insertion, très peu de chirp, et une excellente linéarité.
4. La polyvalence:Une seule plateforme peut prendre en charge des fonctions électro-optiques, non linéaires et photoniques quantiques.

Du point de vue de la demande de l'industrie, la puissance de calcul de l'IA augmente de façon explosive. Les interconnexions optiques des centres de données passent rapidement de 400G à 800G, 1.6T et même 3.2T.C' est exactement pour ce genre d' époque que le niobate de lithium à film mince a été conçu..

Prenons l'exemple de l'optique co-emballée, ou CPO, très discutée aujourd'hui.Le CPO déplace le moteur optique du module branché du panneau avant directement sur le même substrat de l'emballage que la puce de commutation ou ASICAprès que NVIDIA ait pris les devants dans la production en série de solutions CPO pour ses séries Spectrum-X et Quantum, les résultats mesurés ont été frappants: la perte d'insertion est passée d'environ 22 dB à environ 4 dB,L'intégrité du signal s'est améliorée d'environ 63 fois., et l'efficacité de la puissance optique du système a été augmentée jusqu'à 5 fois.

Cependant, la CPO n'est pas simplement une question de "déplacement" de modules optiques existants dans un nouvel emplacement.Les conditions thermiques deviennent plus dures.Chaque composant du moteur optique est poussé vers ses limites physiques.

C'est dans ces nouvelles conditions que le niobate de lithium à film mince est arrivé exactement au bon moment.

En d'autres termes, le niobate de lithium à film mince est devenu populaire non seulement parce qu'il est devenu plus mince,mais parce que l'infrastructure informatique de l'IA a finalement atteint le niveau où elle a besoin de TFLN comme une technologie de charge structurelle.

C'est pourquoi nous voyons NVIDIA investir 4 milliards de dollars dans des sociétés comme Coherent et Lumentum,deux sociétés qui représentent ensemble environ 80% du marché mondial des modulateurs de niobate de lithium à film fin haut de gamme.