Mengapa?Lithium Niobate Film Ringan Tiba-tibaMenjadi Begitu Populer?

Baru-baru ini, CEO NVIDIA Jensen Huang menyatakan bahwa generasi berikutnya AIinfrastrukturakanmembutuhkanabesar jumlahdari interkoneksi optik, sebagaitembaga Kabeltidak bisa lagi memenuhipermintaan.

Ini bukan omong kosong.

Kita Masuk ke Dunia Cahaya

Dengancepat pengembanganteknologi informasi,global datalalu lintas adalahtumbuhsecara eksponensial, danpermintaanUntuk informasikapasitasdanpengolahan kemampuanterusnaik. Didorong olehmunculteknologi seperti komunikasi 5G, Internet of Things, cloudkomputasibesar.data, dan kecerdasan buatan,elektroniksistem komunikasi adalahsemakin banyakmenghadapi kemacetan bandwidth dan daya tinggikonsumsitantangan.

Teknologi komunikasi optik, dengan keuntungannya dari bandwidth tinggi, bandwidth rendahkerugian, dan kekebalan terhadap elektromagnetikgangguan, telah menjadi solusi kunci untuk tantangan ini.

Peraturandasaralasan mengapa generasi berikutnya AIinfrastrukturharusPercayalahsangat besar pada interkoneksi optik adalah bahwa dinding interkoneksi telah menggantikankomputasiGPU cluster skala ke puluhan ribu atau bahkan ratusan ribu kartu, single-saluran dataTingkatnyabergerak Ke arah224G.lapisan,tembaga Kabelsedang memukulbatas dikenakanolehkulitefek dan dielektrikkerugian,mengompresmerekaefektif transmisi jarakHal ini membuat mereka tidak dapat memenuhi skala-outpersyaratandi seberangserver rak.

Pada saat yang sama, semua interkoneksi optik dapatmengurangidayakonsumsi perUnit bandwidth lebih dari 40%, menjadikannya salah satu yang palingmenjanjikanjalan untuk menyelesaikanenergi-efisiensi krisisdi pabrik AI.

Litium Niobate: Bahan yang MenungguPuluhan tahunUntuk Saatnya

Modulator elektro-optik, atau EOM, adalah kuncikomponendalam sistem komunikasi optik.utamafungsi adalah untukmengkonversidan memodulasilistrik sinyalke dalam optiksinyal. Penampilan merekalangsung mempengaruhiyangtransmisikecepatan, dayakonsumsi,sinyalkualitas, danstabilitasdariSeluruhnyasistem komunikasi.

Secara keseluruhanstruktur sistem komunikasi serat optik

Lithium niobate, atau LiNbO3, adalah bahan elektro-optik penting.2, jendela transparansi yang luas dari sekitar 350 nm sampai 5 μm, dan stabilitas kimia yang kuat, telah lama dianggap dalam komunitas fotonik sebagai “silikon optik.Litium niobate telah banyak digunakan dalam modulator elektro optik.

Namun, meskipun lithium niobate sangat diperlukan di tingkat sistem, sebagian besar tertinggal selama hampir tiga dekade selama gelombang integrasi tingkat chip.

Alasannya terletak pada keterbatasan modulator lithium niobate massal tradisional. Perangkat ini memodulasi sinyal optik dengan menggunakan medan listrik untuk mengontrol fase atau intensitas cahaya.Namun, karena sifat fisik bahan dan keterbatasan teknologi pengolahan konvensional, pemandu gelombang lithium niobate bulk biasanya dalam skala milimeter hingga sentimeter.Hal ini membatasi efisiensi interaksi antara medan optik dan medan listrik, yang berarti bahwa modulasi yang efektif sering membutuhkan tegangan penggerak yang tinggi mulai dari beberapa volt hingga puluhan volt.

Selain itu, ukuran perangkat yang besar membuatnya sulit untuk diintegrasikan dengan platform fotonik silikon, membatasi aplikasinya dalam sistem optoelektronik tingkat chip.Metode pengolahan tradisional juga menghasilkan kehilangan transmisi gelombang yang relatif tinggi, semakin membatasi efisiensi perangkat dan kinerja transmisi jarak jauh.

Akibatnya, platform seperti fotonik silikon, InP, dan SiN mulai meningkat dengan cepat,sementara lithium niobate pernah dipandang sebagai bahan dengan kinerja yang sangat baik tetapi skalabilitas yang buruk dan kepadatan integrasi yang rendah.

Teknologi Film Ringan Datang Saat Industri Membutuhkannya

Titik balik terjadi dengan kematangan teknologi niobat lithium film tipis, atau TFLN.

Lithium niobate film tipis didasarkan pada struktur “lithium niobate” “insulator” “substrat” heterogen.Melalui teknik manufaktur canggih seperti mengiris ion kristal dan polishing mekanik kimia, film tipis lithium niobate kristal tunggal dapat dipisahkan dari bahan bulk dan ditransfer ke substrat seperti silikon, safir, atau silikon dioksida.

Dibandingkan dengan lithium niobate massal, lithium niobate film tipis memungkinkan struktur pembimbing gelombang skala submikron dengan pengangkutan optik yang jauh lebih kuat.Hal ini sangat meningkatkan efisiensi interaksi antara bidang optik dan listrik, sering kali puluhan kali, sehingga secara signifikan mengurangi tegangan penggerak dan mengecilkan ukuran perangkat.

Selain itu, kehilangan transmisi rendah dari niobate lithium film tipis memberinya keuntungan unik dalam sirkuit terpadu fotonik jarak jauh.Kompatibilitas dengan platform berbasis silikon juga menyediakan rute baru untuk fotonik terintegrasi heterogen.

Lithium niobate film tipis kristal tunggal, sumber: Jinan Jingzheng Electronics Co., Ltd.

Apakah suatu teknologi menjadi populer tergantung sebagian pada seberapa baiknya, dan sebagian pada apakah era memberikannya permintaan aplikasi yang tepat.

Melihat beberapa indikator kinerja utama, menjadi jelas mengapa TFLN sedang diadopsi secara agresif di era 1.6T dan 3.2T:

1. Bandwidth:Mudah melebihi 100 GHz dan bergerak menuju 200 GHz.
2. Konsumsi daya:Hanya puluhan femtojoules per bit.
3. Kualitas sinyal:Kerugian penempatan rendah, sangat rendah chirp, dan linearitas yang sangat baik.
4. Keanekaragaman:Satu platform dapat mendukung fungsi elektro-optik, nonlinear, dan fotonik kuantum.

Dari perspektif permintaan industri, kekuatan komputasi AI tumbuh secara eksplosif. Interkoneksi optik pusat data dengan cepat ditingkatkan dari 400G menjadi 800G, 1.6T, dan bahkan 3.2T.Ini adalah persis jenis era bahwa niobate lithium film tipis dibuat untuk.

Ambil contohnya, optik yang sangat banyak dibahas saat ini, atau CPO.CPO memindahkan mesin optik dari panel depan modul pluggable langsung ke substrat paket yang sama dengan chip switch atau ASICSetelah NVIDIA memimpin dalam solusi CPO produksi massal untuk seri Spectrum-X dan Quantum, hasil yang diukur mencolok: kehilangan sisipan turun dari sekitar 22 dB menjadi sekitar 4 dB,integritas sinyal meningkat sekitar 63 kali, dan efisiensi daya optik sistem meningkat hingga 5 kali.

Namun, CPO bukan hanya masalah “pemindahan” modul optik yang ada ke lokasi baru.Kondisi termal menjadi lebih kerasSetiap komponen di dalam mesin optik didorong ke batas fisiknya.

Di bawah kendala baru ini, niobate lithium film tipis tiba tepat pada waktunya.

Dengan kata lain, lithium niobate film tipis telah menjadi populer tidak hanya karena telah menjadi lebih tipis,tapi karena infrastruktur komputasi AI akhirnya telah mencapai tingkat di mana ia membutuhkan TFLN sebagai teknologi beban struktural.

Inilah sebabnya mengapa kita melihat NVIDIA berinvestasi USD 4 miliar di perusahaan seperti Koheren dan Lumentum,dua perusahaan yang bersama-sama menyumbang sekitar 80% dari pasar modulator niobate lithium thin-film high-end global.