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

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

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

這項研究于11月20日發(fā)表在《自然通訊》上，為先進(jìn)雷達、衛星系統、先進(jìn)無(wú)線(xiàn)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圖。

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

他們通過(guò)采購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(xiàn)收發(fā)器發(fā)送數據，內置在傳統芯片中的微波濾波器阻擋了錯誤頻率范圍內的信號。微波光子濾波器對基于光的信號執行相同的功能。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合起來(lái)一直是非常具有挑戰性的。

但根據研究，通過(guò)精確調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確地通過(guò)芯片流動(dòng)。這對于未來(lái)依賴(lài)于更高頻率的無(wú)線(xiàn)技術(shù)至關(guān)重要。這些頻率的波長(cháng)較短，因此可以攜帶更多的能量，這意味著(zhù)數據的更高帶寬。

悉尼大學(xué)副校長(cháng)（研究）本·埃格爾頓說(shuō)：“微波光子濾波器在現代通信和雷達應用中發(fā)揮著(zhù)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質(zhì)量?！?/p>

依賴(lài)5G網(wǎng)絡(luò )的設備（如智能手機）以不同的射頻范圍發(fā)送和接收數據——在美國，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，因為較短波長(cháng)具有更大的能量容量，但干擾和阻塞的機會(huì )更高。這是因為較短的波長(cháng)難以穿透較大的表面和物體，同時(shí)也減小了信號范圍。

與此同時(shí)，根據OpenSignal的數據，美國的5G數據速度平均為138兆位每秒，運營(yíng)商在2到4吉赫的頻段上運行網(wǎng)絡(luò )。預計到2030年代，6G將成為主流，其運行頻率將從7吉赫開(kāi)始，達到全球移動(dòng)通信協(xié)會(huì )（GSMA）稱(chēng)的15吉赫。

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

這意味著(zhù)需要構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。這就是芯片架構的進(jìn)展發(fā)揮作用的地方——在將用于驅動(dòng)6G設備的網(wǎng)絡(luò )半導體芯片中，光子技術(shù)將發(fā)揮關(guān)鍵作用。