เครื่องตรวจจับโฟโตซิลิกอนแบบปฏิวัติวงการ (เครื่องตรวจจับโฟโตซิลิกอน)

ปฏิวัติเครื่องตรวจจับภาพซิลิกอน（เครื่องตรวจจับภาพ Si）

เครื่องตรวจจับภาพซิลิคอนทั้งหมดที่ปฏิวัติวงการ（เครื่องตรวจจับภาพ Si） ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าแบบดั้งเดิม

ด้วยความซับซ้อนที่เพิ่มมากขึ้นของโมเดลปัญญาประดิษฐ์และเครือข่ายประสาทเทียมเชิงลึก คลัสเตอร์คอมพิวเตอร์จึงต้องการการสื่อสารเครือข่ายระหว่างโปรเซสเซอร์ หน่วยความจำ และโหนดคอมพิวเตอร์ที่มากขึ้น อย่างไรก็ตาม เครือข่ายบนชิปและระหว่างชิปแบบดั้งเดิมที่ใช้การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าไม่สามารถตอบสนองความต้องการแบนด์วิดท์ ความหน่วงเวลา และการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นได้ เพื่อแก้ปัญหาคอขวดนี้ เทคโนโลยีการเชื่อมต่อแบบออปติกที่มีระยะทางการส่งข้อมูลไกล ความเร็วสูง ประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง จึงค่อยๆ กลายเป็นความหวังของการพัฒนาในอนาคต เทคโนโลยีโฟโตนิกซิลิกอนที่ใช้กระบวนการ CMOS แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ยิ่งใหญ่เนื่องจากการรวมเข้ากันสูง ต้นทุนต่ำ และความแม่นยำในการประมวลผล อย่างไรก็ตาม การสร้างเครื่องตรวจจับแสงประสิทธิภาพสูงยังคงเผชิญกับความท้าทายมากมาย โดยทั่วไป เครื่องตรวจจับแสงจำเป็นต้องรวมวัสดุที่มีแบนด์แก็ปแคบ เช่น เจอร์เมเนียม (Ge) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการตรวจจับ แต่สิ่งนี้ยังนำไปสู่กระบวนการผลิตที่ซับซ้อนมากขึ้น ต้นทุนที่สูงขึ้น และผลผลิตที่ไม่แน่นอนอีกด้วย เครื่องตรวจจับโฟโตซิลิกอนทั้งหมดที่พัฒนาโดยทีมวิจัยประสบความสำเร็จในความเร็วในการส่งข้อมูล 160 Gb/s ต่อช่องสัญญาณโดยไม่ต้องใช้เจอร์เมเนียม โดยมีแบนด์วิดท์ในการส่งข้อมูลรวม 1.28 Tb/s ผ่านการออกแบบเรโซเนเตอร์ไมโครริงคู่ที่เป็นนวัตกรรมใหม่

เมื่อไม่นานนี้ ทีมวิจัยร่วมในสหรัฐฯ ได้เผยแพร่ผลการศึกษาเชิงนวัตกรรม โดยประกาศว่าพวกเขาได้พัฒนาโฟโตไดโอดสำหรับหิมะถล่มที่ทำจากซิลิคอนทั้งหมดสำเร็จแล้ว (เครื่องตรวจจับภาพ APD) ชิป ชิปนี้มีฟังก์ชันอินเทอร์เฟซโฟโตอิเล็กทริกความเร็วสูงพิเศษและต้นทุนต่ำ ซึ่งคาดว่าจะสามารถถ่ายโอนข้อมูลได้มากกว่า 3.2 Tb ต่อวินาทีในเครือข่ายออปติกในอนาคต

ความก้าวหน้าทางเทคนิค: การออกแบบเรโซเนเตอร์ไมโครริงคู่

เครื่องตรวจจับภาพแบบดั้งเดิมมักมีข้อขัดแย้งที่ไม่อาจประนีประนอมได้ระหว่างแบนด์วิดท์และการตอบสนอง ทีมวิจัยสามารถบรรเทาข้อขัดแย้งนี้ได้สำเร็จด้วยการใช้การออกแบบเรโซเนเตอร์ไมโครริงคู่และระงับการสนทนาข้ามช่องสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเครื่องตรวจจับโฟโตซิลิกอนทั้งหมดมีการตอบสนอง 0.4 A/W กระแสไฟมืดต่ำถึง 1 nA แบนด์วิดท์สูง 40 GHz และครอสทอล์คไฟฟ้าต่ำมากน้อยกว่า −50 dB ประสิทธิภาพนี้เทียบได้กับเครื่องตรวจจับโฟโตเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันที่ทำจากวัสดุซิลิกอน-เจอร์เมเนียมและ III-V

มองสู่อนาคต: เส้นทางสู่การสร้างสรรค์นวัตกรรมในเครือข่ายออปติก

การพัฒนาเครื่องตรวจจับแสงแบบซิลิคอนทั้งหมดประสบความสำเร็จไม่เพียงแต่เหนือกว่าโซลูชันแบบเดิมในด้านเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังประหยัดต้นทุนได้ประมาณ 40% อีกด้วย ซึ่งช่วยปูทางไปสู่การสร้างเครือข่ายออปติกความเร็วสูงและต้นทุนต่ำในอนาคต เทคโนโลยีนี้เข้ากันได้ดีกับกระบวนการ CMOS ที่มีอยู่ ให้ผลผลิตและผลผลิตสูงมาก และคาดว่าจะกลายเป็นส่วนประกอบมาตรฐานในด้านเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิคอนในอนาคต ในอนาคต ทีมวิจัยวางแผนที่จะปรับปรุงการออกแบบต่อไปเพื่อปรับปรุงอัตราการดูดซับและประสิทธิภาพแบนด์วิดท์ของเครื่องตรวจจับแสงต่อไปโดยลดความเข้มข้นของสารเจือปนและปรับปรุงเงื่อนไขการฝัง ในเวลาเดียวกัน การวิจัยจะสำรวจว่าเทคโนโลยีซิลิคอนทั้งหมดนี้สามารถนำไปใช้กับเครือข่ายออปติกในคลัสเตอร์ AI รุ่นถัดไปได้อย่างไรเพื่อให้ได้แบนด์วิดท์ ความสามารถในการปรับขนาด และประสิทธิภาพด้านพลังงานที่สูงขึ้น