科學(xué)家們創(chuàng)造出一種基于光的半導(dǎo)體芯片，為6G鋪平道路

通過(guò)結(jié)合光子和電子組件，科學(xué)家們建造了一款原型通信芯片，可以有效地訪問(wèn)足夠高的射頻帶寬，用于先進(jìn)雷達(dá)以及6G和7G等用途。

一種首創(chuàng)的芯片架構(gòu)，利用了電子和基于光的組件，可能為6G技術(shù)鋪平道路。

這項(xiàng)研究于11月20日發(fā)表在《自然通訊》上，為先進(jìn)雷達(dá)、衛(wèi)星系統(tǒng)、先進(jìn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（Wi-Fi）甚至未來(lái)的6G和7G移動(dòng)技術(shù)的通信芯片提供了藍(lán)圖。

通過(guò)將基于光的光子組件整合到傳統(tǒng)的基于電子的電路板中，研究人員顯著提高了射頻（RF）帶寬，同時(shí)在高頻率下展示了改進(jìn)的信號(hào)精度。

他們通過(guò)采購(gòu)硅晶片并將電子和光子組件（以“芯片塊”形式）附在一起，如同樂(lè)高積木一樣，制作了網(wǎng)絡(luò)半導(dǎo)體芯片的工作原型，尺寸為0.2 x 0.2英寸（5 x 5毫米）。

重要的是，他們還改進(jìn)了芯片過(guò)濾信息的方式。

無(wú)線收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)，內(nèi)置在傳統(tǒng)芯片中的微波濾波器阻擋了錯(cuò)誤頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。微波光子濾波器對(duì)基于光的信號(hào)執(zhí)行相同的功能。但是在一個(gè)芯片上將光子和電子組件以及有效的微波光子濾波器結(jié)合起來(lái)一直是非常具有挑戰(zhàn)性的。

但根據(jù)研究，通過(guò)精確調(diào)諧到更高波段的特定頻率，這些波段往往比較擁擠，更多的信息可以更準(zhǔn)確地通過(guò)芯片流動(dòng)。這對(duì)于未來(lái)依賴于更高頻率的無(wú)線技術(shù)至關(guān)重要。這些頻率的波長(zhǎng)較短，因此可以攜帶更多的能量，這意味著數(shù)據(jù)的更高帶寬。

悉尼大學(xué)副校長(zhǎng)（研究）本·埃格爾頓說(shuō)：“微波光子濾波器在現(xiàn)代通信和雷達(dá)應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，提供了精確過(guò)濾不同頻率的靈活性，減少電磁干擾并提高信號(hào)質(zhì)量。”

依賴5G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備（如智能手機(jī)）以不同的射頻范圍發(fā)送和接收數(shù)據(jù)——在美國(guó)，這些范圍從低頻段（低于1吉赫）到高頻段（24到53吉赫），威瑞森表示。

更高的頻率允許更快的速度，因?yàn)檩^短波長(zhǎng)具有更大的能量容量，但干擾和阻塞的機(jī)會(huì)更高。這是因?yàn)檩^短的波長(zhǎng)難以穿透較大的表面和物體，同時(shí)也減小了信號(hào)范圍。

與此同時(shí)，根據(jù)OpenSignal的數(shù)據(jù)，美國(guó)的5G數(shù)據(jù)速度平均為138兆位每秒，運(yùn)營(yíng)商在2到4吉赫的頻段上運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。預(yù)計(jì)到2030年代，6G將成為主流，其運(yùn)行頻率將從7吉赫開始，達(dá)到全球移動(dòng)通信協(xié)會(huì)（GSMA）稱的15吉赫。

然而，用于工業(yè)應(yīng)用的最高6G頻段將需要超過(guò)100吉赫，甚至可能達(dá)到1,000吉赫，根據(jù)利物浦大學(xué)的說(shuō)法，速度可能達(dá)到理論最大值1,000千兆位每秒。

這意味著需要構(gòu)建具有更高射頻帶寬和在這些更高頻率上消除干擾的先進(jìn)過(guò)濾的通信芯片。這就是芯片架構(gòu)的進(jìn)展發(fā)揮作用的地方——在將用于驅(qū)動(dòng)6G設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)半導(dǎo)體芯片中，光子技術(shù)將發(fā)揮關(guān)鍵作用。