Kyocera และ Tohoku University พัฒนาเทคโนโลยีชิปออปติกส์ใหม่ ลดแสงสะท้อนได้ถึง 95%

Kyocera และ Tohoku University ได้ร่วมพัฒนาเทคโนโลยีชิปออปติกส์ใหม่ที่มีศักยภาพในการแก้ปัญหาการเติบโตอย่างรวดเร็วของศูนย์ข้อมูลความเร็วสูง โดยลดปริมาณแสงสะท้อนประมาณ 95% เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ วิธีการนี้ใช้เทคนิคการเตรียมด้วยแสงเลเซอร์ เพื่อรวมอิสอล레이터ออปติกส์ลงในชิปซิลิคอนโฟตอนิกส์ กระบวนการนี้ทำการให้ความร้อนเฉพาะบริเวณเป้าหมาย แทนที่จะให้ความร้อนทั้งชิป อิสอล레이터ออปติกส์มีหน้าที่ป้องกันแสงสะท้อนกลับไปยังแหล่งแสงเลเซอร์ ซึ่งแสงสะท้อนจะรบกวนเลเซอร์และลดประสิทธิภาพของระบบสื่อสารแสง

เมื่อปริมาณงานด้านปัญญาประดิษฐ์ขับเคลื่อนให้ศูนย์ข้อมูลต้องประมวลผลข้อมูลมากขึ้น เทคโนโลยีซิลิคอนโฟตอนิกส์กำลังถูกพัฒนาเพื่อให้การเชื่อมต่อที่เร็วและมีประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงขึ้น

ข้อได้เปรียบของเทคนิคอิสอล레이터ออปติกส์

เทคโนโลยีนี้ใช้แสงแทนสัญญาณไฟฟ้าในการส่งและประมวลผลข้อมูล เทคนิคการให้ความร้อนด้วยแสงเลเซอร์แก้ปัญหาการรวมอิสอล레이터 อิสอล레이터ออปติกส์แบบดั้งเดิมมักพึ่งพากรานาตแมกเนตออปติกส์ ซึ่งเป็นวัตถุผลึกที่ต้องอุ่นร้อนถึงประมาณ 600 องศาเซลเซียสหรือสูงกว่า เพื่อให้เกิดคุณลักษณะการระงับแสงสะท้อนที่จำเป็น แต่การให้ความร้อนทั้งชิปซิลิคอนโฟตอนิกส์ไปถึงอุณหภูมินั้นอาจทำให้เกิดความเสียหายกับอิเล็กโทรด การต่อตัวและส่วนประกอบอื่นๆ ของชิป Kyocera และ Tohoku University แก้ปัญหานี้ด้วยการใช้แสงเลเซอร์ใกล้อัสตร้ามชี้เฉพาะบริเวณการสร้างอิสอล레이터 โดยแสงเลเซอร์มุ่งไปที่บริเวณประมาณ 700 ไมโครเมตร x 700 ไมโครเมตร

การให้ความร้อนท้องถิ่นนี้ทำให้กรานาตแมกเนตออปติกส์แตกตัวเป็นผลึก โดยไม่ทำให้วงจรซิลิคอนโฟตอนิกส์รอบๆ ได้รับความร้อนในระดับเดียวกัน

การใช้งานในอนาคตและการพัฒนา

วิธีการนี้ทำให้อิสอล레이터ออปติกส์มีการรวมเข้ากับวงจรออปติกส์ที่แน่นและการรวมแบบร่วมออปติกส์ (Co-Packaged Optics, CPO) ที่ง่ายขึ้น CPO วางส่วนประกอบออปติกส์และอิเล็กทรอนิกส์ในหนึ่งแพ็กเกจสัมภาระกึ่งตัวนำ เพื่อลดเส้นทางสัญญาณและลดการสูญเสียสัญญาณและการใช้พลังงาน สำหรับลิงก์ออปติกส์ เมื่อระบบมีความเล็กลงและแน่นขึ้น การรักษาแสงให้เดินทางไปในทิศทางที่กำหนดไว้มีความสำคัญมากขึ้น ดังนั้น อิสอล레이터ที่ผลิตโดยตรงสามารถลบอุปสรรคการรวมหลักของวงจรโฟตอนิกส์ที่แน่นในอนาคตของเครือข่ายความเร็วสูง

นักวิจัยได้สร้างอิสอล레이터ออปติกส์บนคลื่นนำซิลิคอน และทดสอบความสามารถในการแยกแสงที่เดินไปข้างหน้ากับแสงสะท้อนที่สะท้อนกลับ อุปกรณ์นี้ในช่วงคลื่นสื่อสารแสงได้ให้อัตราการแยกอิสอล레이터 13.6 เดซิเบล ตามที่นักวิจัยอ้าง ซึ่งสอดคล้องกับการลดแสงสะท้อนประมาณ 95% การตรวจสอบด้วยกล้องจุลภาพอิเล็กตรอนแสดงว่า กรานาตแมกเนตออปติกส์ที่ได้รับการเตรียมด้วยแสงเลเซอร์ได้แตกตัวเป็นผลึกอย่างถูกต้องบนคลื่นนำซิลิคอน สนับสนุนผลลัพธ์การดำเนินงานที่แสดงในการทดลอง ผลงานนี้สร้างขึ้นบนการศึกษาก่อนหน้าของ Kyocera และ Tohoku University ที่มุ่งพัฒนาอิสอล레이터ออปติกส์ที่สามารถรวมเข้ากับวงจรออปติกส์โดยตรง

ตอนนี้บริษัทเหล่านี้มีเป้าหมายที่จะปรับปรุงเทคโนโลยีโดยลดการสูญเสียออปติกส์ ปรับปรุงประสิทธิภาพ และทำให้กระบวนการเหมาะสมกับการผลิตในระดับมากขึ้น หากการปรับปรุงเหล่านี้สำเร็จ อิสอล레이터ที่รวมเข้ากับตรงจะมีโอกาสมีบทบาทในระบบออปติกส์ความหนาแน่นสูงในอนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อศูนย์ข้อมูลมีการใช้เทคโนโลยีซิลิคอนโฟตอนิกส์และ CPO เพิ่มขึ้นเพื่อรองรับปริมาณงานที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับปัญญาประดิษฐ์ การศึกษาที่เกี่ยวข้องได้ถูกตีพิมพ์ในวารสาร IEEE Access

ความสำคัญของเทคโนโลยีใหม่สำหรับศูนย์ข้อมูล

เมื่อปัญญาประดิษฐ์ขับเคลื่อนให้ศูนย์ข้อมูลต้องมีความต้องการสูงขึ้นในการส่งข้อมูลความเร็วสูง Kyocera และ Tohoku University ร่วมพัฒนาเทคโนโลยีชิปออปติกส์ใหม่ที่มีความสำคัญยิ่ง โดยลดแสงสะท้อนและปรับปรุงการรวมอิสอล레이터ออปติกส์ ทำให้เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่เพิ่มประสิทธิภาพของระบบสื่อสารแสง แต่ยังลดการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อตอบโจทย์ความต้องการของระบบออปติกส์ความหนาแน่นสูงในอนาคต เมื่อซิลิคอนโฟตอนิกส์มีการพัฒนาต่อไป ความสำเร็จของเทคโนโลยีนี้จะมีผลกระทบอย่างมหาศาลต่อประสิทธิภาพและความยั่งยืนของศูนย์ข้อมูล

--- หมายเหตุ: ในการแปล ผมได้รักษาความสอดคล้องของคำศัพท์ที่ใช้ในภาษาจีนและภาษาไทยให้เหมือนเดิม เช่น "อิสอล레이터ออปติกส์" และ "Co-Packaged Optics (CPO)"