科學家以VR擬真創建光子IC幫助線路布局

2020-07-06 經濟日報

 

積體電路晶片的重要性，隨著美中貿易戰而快速升高，主因在於未來AIOT的發展影響太大，在未來的世界，幾乎所有物件，包括軍事、商業與民生等，都會連上網，並且都會過AI優化。

 

然而這些物件的晶片，如果在設計或製造端，被寫入木馬程式，那麼危害將是國安層級，這也是美國要求台積電到美設廠的原因。除我們熟知的積體電路以外，還有光子積體電路，差別在於一般積體電路是電子在運作，然而光子積體電路除了電子、還有光子在內部運作，複雜度與功能性更高。

 

最早提出這個構想的是盧鴻智博士，他在1999年就提出，並且在2000~2001年之間，陸續寫了proposal、email 給當時Intel實驗室總監、IBM技術副總、台積電與聯電等，得到的回覆都是尚無計畫要發展這個項目。然而在2002年之後，Intel跟IBM都陸續發展相關技術，直到現在，Intel甚至已量產商用400Gbps傳輸的矽光子解決方案，如圖一所示。

 

以此為例，因為電子容易產生交互作用，所以在同一介質內，必須要以時間區分開來，目前最高速度可達100Gbps，而光子間的交互作用非常低，因此不同波長的光子，可以同時在同一介質傳輸，也因此把電子加上光子，就可以讓速度倍數成長，400Gbps，是將四個100Gbps的電子訊號，加載在4個不同波長的光子上，利用光子訊號的方式在光纖中傳遞資料，其實目前在光通訊領域，100個波長在同一光纖傳輸只是標準的數，Tbps已是商用標準速度，只是在晶片之間傳輸，還不需要如此高速。

 

光子積體電路，電路布線跟光路布線是分開做的，光路線寬是次微米、而電路是奈米，相差一個數量級，把電路跟光路做高度整合，在設計上是很高難度的挑戰，而且光子積體電路在設備與製程技術上的投資都要遠大於一般積體電路，所以目前也只有Intel跟IBM能夠持續性的研發。

 

但這種重要科技的寡佔，會妨礙科技的健康發展，對於設計與研發者而言，常常設計好的線路，僅能畫好光罩，製程不是沒錢做，就是要花錢請有相關設備廠代工，但常常被拒絕，當時盧鴻智博士就遇到這樣的困境，所以他後來跨行到其他領域發展。

 

基於幫助學校與中小企業的科研，他開發了首創利用VR創建擬真光子積體電路晶片，透過VR擬真晶片，讓設計者可以很清楚觀察製造後的晶片樣貌，同時幫助電路與光路在布線上的整合，所以在做相關的科研，就不會在受限於製程上的高資金門檻而受限，可以持續相關研究而不會中斷。

 

圖二就是盧鴻智博士的三篇光子積體電路的美國專利的VR擬真圖，透過VR，完整地將製造後的晶片樣貌呈現出來，幫助研發設計人員從事後續開發。

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圖一、Intel已量產商用400Gbps傳輸的矽光子解決方案。

圖二、盧鴻智博士三篇光子積體電路的美國專利VR擬真圖。 盧博士虛擬實境設計工坊/提供

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