Đột phá trong công nghệ Silicon Photonics: Laser tích hợp trên tấm wafer cho phép tính toán nhanh hơn, hiệu quả hơn

Các nhà nghiên cứu từ Hoa Kỳ và Châu Âu đã đạt được một tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực silicon photonics bằng cách chế tạo thành công các laser thu nhỏ trực tiếp trên tấm wafer silicon. Đột phá này, được trình bày chi tiết trong một ấn phẩm trên tạp chí Nature, bao gồm việc 'phát triển' laser trên một chip silicon, một quy trình giúp tăng cường khả năng mở rộng và khả năng tương thích với quy trình sản xuất CMOS hiện có được sử dụng cho chip điện tử.

Đột phá này giải quyết một thách thức lớn: tích hợp các nguồn sáng với chip silicon. Các phương pháp truyền thống liên quan đến việc gắn các laser riêng biệt, điều này làm chậm hoạt động và tăng chi phí. Bằng cách tạo ra laser trực tiếp trên chip, dữ liệu có thể được truyền nhanh hơn bằng photon, mang lại dung lượng dữ liệu lớn hơn và tổn thất năng lượng thấp hơn so với electron.

Nhóm nghiên cứu đã nhúng 300 laser chức năng trên một tấm wafer silicon 300 mm duy nhất, một tiêu chuẩn công nghiệp. Laser tạo ra ánh sáng có bước sóng 1.020 nm, lý tưởng cho việc truyền tải ở khoảng cách ngắn giữa các chip máy tính. Chip này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất tính toán và giảm mức tiêu thụ năng lượng trong các trung tâm dữ liệu. Laser chỉ yêu cầu dòng điện ngưỡng là 5 mA, tương tự như đèn LED trong chuột máy tính và công suất đầu ra của nó là khoảng 1 mW. Mặc dù hoạt động liên tục có thể thực hiện được trong 500 giờ ở nhiệt độ phòng (25° C), nhưng hiệu suất giảm ở khoảng 55°C. Thử nghiệm này đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới khả năng tính toán hiệu quả và mạnh mẽ hơn, mở đường cho các thiết bị quang học hiệu suất cao, tiết kiệm chi phí cho truyền thông dữ liệu, học máy và AI.