科技部：高性能計算機(jī)超結(jié)點的關(guān)鍵微納光電子器件研究取得突破

高性能計算機(jī)的運算速度主要取決于超結(jié)點中的CPU及CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換能力，但這種數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換速度慢、延遲大等問題阻礙了高性能計算機(jī)計算速度的提高。因此，迫切需要實現(xiàn)光數(shù)據(jù)交換代替電數(shù)據(jù)交換，大幅度的提高光數(shù)據(jù)交換的帶寬、延遲、功耗、密度等性能。

在國家重大科學(xué)研究計劃的支持下，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所聯(lián)合中芯國際集成電路制造有限公司（SMIC）、南京大學(xué)、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、廈門大學(xué)等單位，開展了“面向高性能計算機(jī)超結(jié)點的關(guān)鍵微納光電子器件及其集成技術(shù)研究”，圍繞高性能計算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、硅基混合集成激光器、硅基調(diào)制器、硅基光開關(guān)、硅基混合集成探測器和GeSi探測器等，經(jīng)過近5年的協(xié)同攻關(guān)，該項研究取得了重大進(jìn)展和突破。

該項研究屬于納米硅光子學(xué)領(lǐng)域，立項之初中國的硅光子的研究處于起步狀態(tài)，僅有器件的設(shè)計能力，未掌握器件研制的核心技術(shù)，研制周期長且不可控，迫切需要建立中國自主的硅光子技術(shù)與研發(fā)平臺。研發(fā)團(tuán)隊經(jīng)過多年的努力，基于中芯國際集成電路制造有限公司（SMIC）微電子工藝的技術(shù)實力，成功打造出中國自己的硅光子技術(shù)平臺和團(tuán)隊，中芯國際成為國內(nèi)率先取得硅光子集成技術(shù)突破并具備生產(chǎn)級能力，具備了與國外硅光子技術(shù)平臺競爭的實力。項目成功研制硅基混合微納硅波導(dǎo)輸出激光、硅基微納調(diào)制器、硅基交換陣列、硅基混合探測器和GeSi探測器等核心硅基微納光電子器件；成功研制了集成硅光子芯片，具有單鏈路光傳輸和交換功能；提出了高性能計算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)的光電并行雙層體系結(jié)構(gòu)，采用光傳輸網(wǎng)絡(luò)和電控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作的工作模式；探索研究了基于人工微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的偏振復(fù)用新型光源和基于變換光學(xué)的微納結(jié)構(gòu)光存儲新方案。相關(guān)研究成果于2015年和2016年在Nature Communication上發(fā)表。

研制成功的微納核心光電子器件和硅光子芯片大幅度地提高了高性能計算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)的帶寬、延遲、功耗、集成規(guī)模等性能，為我國高性能計算機(jī)未來的高速發(fā)展光互連網(wǎng)絡(luò)奠定了重要的微納光電子技術(shù)基礎(chǔ)。