Первая 6-дюймовая тонкопленочная фотонная пластина на основе ниобата лития компании CHIPX сошла с производственной линии, а тонкопленочный высокопроизводительный модулятор на основе ниобата лития с полосой пропускания 110 ГГц поступил в массовое производство.
2025-06-11
Менее чем через месяц после того, как Министерство промышленности и информационных технологий Китая включило его в список «первой партии ключевых пилотных платформ для выращивания», Научно-исследовательский институт фотонных чипов Уси при Шанхайском университете Цзяотун (CHIPX) снова возвестил о важном моменте: 5 июня первая 6-дюймовая тонкопленочная фотонная пластина из ниобата лития сошла с первой пилотной линии по производству фотонных чипов в Китае, и в то же время было достигнуто крупномасштабное массовое производство высокопроизводительных тонкопленочных модуляторных чипов из ниобата лития со сверхнизкими потерями и сверхвысокой пропускной способностью, а ключевые технические показатели достигли международного передового уровня. Это прорывное достижение знаменует собой исторический скачок от «следования за технологиями» к «лидерству в отрасли» в области высококачественных оптоэлектронных основных компонентов в Китае. Опираясь на пилотную платформу, институт будет работать с партнерами по отраслевой цепочке для продвижения процесса крупномасштабного массового производства, создания возможностей полной цепочки «технологические исследования и разработки — проверка процесса — крупномасштабное массовое производство» и дальнейшего повышения международной конкурентоспособности независимой и управляемой квантовой технологии.
Независимая и управляемая пилотная платформа, обеспечивающая прорыв в процессе интеграции фотонных чипов на уровне пластины
Фотонные квантовые чипы являются основным аппаратным носителем фотонных квантовых вычислений. Процесс их индустриализации будет способствовать независимому контролю Китая в области квантовой информации, а также является стратегической поддержкой для захвата командных высот глобальной конкуренции квантовых технологий. Ранее из-за отсутствия общих ключевых технологических платформ фотонные квантовые технологии Китая сталкивались с дилеммой «лабораторные результаты трудно производить массово», что было «узким местом» проблемы, ограничивающей развитие отрасли. Открытие пилотной линии фотонных чипов стало ключом к выходу из тупика.
Научно-исследовательский институт фотонных чипов Уси при Шанхайском университете Цзяотун начал строительство первой пилотной линии фотонных чипов в Китае в декабре 2022 года. В сентябре 2024 года пилотная линия фотонных чипов, объединяющая исследования и разработки, проектирование, обработку и применение фотонных чипов, была официально введена в эксплуатацию. Теперь первая пластина успешно сошла с производственной линии, а пилотная платформа достигла массового производства, продемонстрировав эффективность и результаты строительства проекта.
Как высокопроизводительный оптоэлектронный материал, тонкопленочный ниобат лития обладает преимуществами сверхбыстрого электрооптического эффекта, высокой пропускной способности и низкого энергопотребления и продемонстрировал большой потенциал в коммуникациях 5G, квантовых вычислениях и других областях. Однако из-за высокой хрупкости тонкопленочных материалов ниобата лития изготовление крупногабаритных тонкопленочных пластин ниобата лития всегда считалось сложной задачей для отрасли, особенно в процессе массового производства, который сталкивается с тремя основными проблемами: контроль точности обработки на наноуровне, гарантия однородности осаждения тонкой пленки и контроль постоянства скорости травления.
На основе первой отечественной пилотной линии фотонных чипов, построенной независимо, команда процесса CHIPX представила более 110 международных технологических установок CMOS высшего уровня, охватывающих полный замкнутый цикл тонкопленочных пластин ниобата лития от фотолитографии, осаждения тонкой пленки, травления, влажного процесса, резки, измерения до упаковки. Благодаря инновационной разработке дизайна чипа, технологических решений и технологии совместной адаптации системы оборудования, был успешно открыт полный процесс от фотолитографического шаблонирования, точного травления, осаждения тонкой пленки до упаковки и тестирования, достигнув прорыва в технологии интеграции фотонных чипов на уровне пластины.
Показатели производительности являются ведущими в Китае, а высокопроизводительный тонкопленочный модулятор на основе ниобата лития достиг стадии крупномасштабного массового производства.
Опираясь на передовое наномасштабное технологическое оборудование и возможности быстрой итерации процесса пилотной платформы, технологическая группа систематически решила ключевые технические узкие места интеграции фотонных чипов на уровне пластины посредством большого количества проверок и оптимизаций процесса с использованием комбинации глубокой ультрафиолетовой (DUV) литографии и тонкопленочного травления. Они достигли 110 нм высокоточного травления волновода на 6-дюймовых пластинах ниобата лития; и завершили кросс-масштабную интеграцию высокооднородных, наномасштабных волноводов и сложных высокопроизводительных структур электродов с помощью i-line литографии, достигнув верхних уровней процесса.
В то же время группа по процессам достигла скачка вперед в производительности за счет инноваций в области совместного проектирования материалов и устройств с учетом высокой степени интеграции и вышла в лидеры по ключевым показателям:
Полоса пропускания модуляции превышает 110 ГГц, устраняя узкое место в пропускной способности высокоскоростных оптических соединений на международном уровне
Вносимые потери <3,5 дБ, потери в волноводе <0,2 дБ/см, что значительно повышает эффективность оптической передачи
Эффективность модуляции достигает 1,9 В·см, а эффективность электрооптического преобразования значительно оптимизирована.
Опираясь на платформу пилотной линии и мощность массового производства в 12 000 пластин в год, институт предоставит отраслевым партнерам решения с «низкой стоимостью», «быстрой итерацией» и «крупномасштабным массовым производством» .
Процесс включен в систему PDK, а пилотная платформа расширяет возможности промышленной экосистемы.
Пилотная платформа связана с инновациями с одной стороны и промышленностью с другой. Постоянно совершенствуя свои собственные возможности в области научных и технологических инноваций, институт также создал открытую и общую экосистему услуг для поддержки промышленного развития.
В ближайшем будущем Институт выпустит пакет проектирования процесса PDK. Основные параметры процесса и модели устройств этого высокопроизводительного тонкопленочного модуляторного чипа на основе ниобата лития полностью включены и открыты для совместного использования. Эта версия PDK не только интегрирует базовые модели компонентов, такие как пассивные ответвители, расщепители луча, волноводные решетки, активные тепловые фазовращатели и электрооптические модуляторы, но также охватывает модули совместного моделирования многофизических полей для создания стандартизированной системы проектирования фотонных чипов.
В то же время Институт предоставляет систему услуг от разработки концепции до проверки и серийного производства для университетов, научно-исследовательских институтов и предприятий, что значительно сокращает цикл НИОКР и ускоряет внедрение инновационных достижений:
Полный спектр технических услуг : 110 комплектов основного оборудования, такого как литография DUV и электронно-лучевое травление, открыты для предоставления услуг замкнутого цикла, охватывающих проектирование микросхем, литье пластин, тестирование и проверку.
академией и научно-исследовательскими институтами: Мы объединили усилия с университетами и научно-исследовательскими институтами для работы над основными технологиями. В настоящее время мы взяли на себя ведущую роль в реализации ряда ключевых проектов НИОКР Министерства науки и технологий, Министерства промышленности и информационных технологий, Национальной комиссии по развитию и реформам и других.
Инкубация и расширение прав и возможностей в сфере жестких технологий: Совместно с первым в Китае фондом индустрии фотонных чипов мы оказываем финансовую поддержку и операционную поддержку начинающим компаниям в сфере жестких технологий.
Институт создал модель научно-исследовательского института по производству фотонных чипов, работающую по принципу «платформа + инкубатор + фонд», создав замкнутый экологический цикл полной цепочки от поддержки платформы, исследований и разработок процессов до применения сценариев, а также эффективно содействовал развитию отрасли фотонных чипов в моей стране с целью достижения стратегического скачка от «технологических инноваций» к «экологическому расширению прав и возможностей».
Реконструкция новой парадигмы интеллектуальных вычислений для удовлетворения национальных стратегических потребностей
Помимо содействия промышленному развитию, двойной прорыв, достигнутый Институтом фотонных чипов Уси при Шанхайском университете Цзяотун, является еще более значимым и ускоряет процесс реконструкции промышленной цепочки в рамках тенденции фотонной интеграции на основе чипов.
1.Устранение узких мест в вычислительной мощности ИИ и стимулирование революции «вычислений со скоростью света»
В то время, когда спрос на вычислительную мощность ИИ растет экспоненциально, традиционные электронные устройства сталкиваются с двумя основными узкими местами: высоким энергопотреблением и ограниченной пропускной способностью. Высокопроизводительные тонкопленочные модуляторы на основе ниобата лития могут поддерживать требования сценариев облачных вычислений, суперкомпьютерных центров и инфраструктуры 5G/6G с их сверхнизкими потерями, сверхвысокой пропускной способностью и сверхбыстрой скоростью передачи. Оптические вычислительные чипы на основе этой технологии используют решение слияния «оптическая передача + оптические вычисления» для достижения высокопараллельной, малозадерживаемой и маломощной архитектуры рассуждений и обучения ИИ, решая дилемму вычислительной мощности обучения большой модели ИИ снизу вверх и становятся основной поддержкой для новой инфраструктуры вычислительной мощности ИИ.
2.Реализовать квантовые вычисления и создать национальную стратегическую платформу для науки и технологий.
По мере постепенного совершенствования технологической цепочки тонкопленочные фотонные чипы из ниобата лития используются для интеграции источников одиночных фотонов, волноводных интерферометров и детекторов фотонов, а также используют уникальные преимущества многомодовой связи для достижения более точного и быстрого управления квантовым состоянием, обеспечивая прочную основу для будущих практических квантовых вычислений. В то же время гибридная квантовая вычислительная архитектура, построенная на этом чипе, обеспечит основную техническую поддержку для кросс-платформенного применения и многосценарного расширения оптических квантовых вычислений, ускоряя продвижение оптических квантовых вычислений к практическим и крупномасштабным этапам.
В будущем, опираясь на масштабируемость пилотной линии, CHIPX построит линию по производству фотонных чипов на уровне пластины со стабильными возможностями массового производства путем добавления оборудования, расширения многоматериальных систем и прорыва через многоматериальную гетерогенную интеграционную технологию, создав крупнейшую в мире базу индустрии фотонных чипов. В то же время институт будет осуществлять научно-техническую трансформацию достижений и инкубацию и инвестиционно-интегрированное предпринимательство вокруг ядра, света, интеллекта и вычислений, предоставляя основные гарантии для таких отраслей, как фотонные вычисления, квантовая информация, связь 6G и лазерный радар, помогая моей стране захватить стратегические командные высоты в новом раунде научно-технической революции.
