科技部：高性能計算機超結點的關鍵微納光電子器件研究取得突破

高性能計算機的運算速度主要取決於超結點中的CPU及CPU之間的數據傳輸和數據交換能力，但這種數據傳輸和數據交換速度慢、延遲大等問題阻礙了高性能計算機計算速度的提高。因此，迫切需要實現光數據交換代替電數據交換，大幅度的提高光數據交換的帶寬、延遲、功耗、密度等性能。

在國家重大科學研究計劃的支持下，中國科學院半導體研究所聯合中芯國際集成電路製造有限公司（SMIC）、南京大學、國防科學技術大學、廈門大學等單位，開展了“面向高性能計算機超結點的關鍵微納光電子器件及其集成技術研究”，圍繞高性能計算機光互連網絡的體系結構、硅基混合集成激光器、硅基調製器、硅基光開關、硅基混合集成探測器和GeSi探測器等，經過近5年的協同攻關，該項研究取得了重大進展和突破。

該項研究屬於納米硅光子學領域，立項之初中國的硅光子的研究處於起步狀態，僅有器件的設計能力，未掌握器件研製的核心技術，研製週期長且不可控，迫切需要建立中國自主的硅光子技術與研發平臺。研發團隊經過多年的努力，基於中芯國際集成電路製造有限公司（SMIC）微電子工藝的技術實力，成功打造出中國自己的硅光子技術平臺和團隊，中芯國際成為國內率先取得硅光子集成技術突破並具備生産級能力，具備了與國外硅光子技術平臺競爭的實力。項目成功研製硅基混合微納硅波導輸出激光、硅基微納調製器、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；成功研製了集成硅光子芯片，具有單鏈路光傳輸和交換功能；提出了高性能計算機光互連網絡的光電並行雙層體系結構，採用光傳輸網絡和電控制網絡協同工作的工作模式；探索研究了基於人工微納結構調控的偏振復用新型光源和基於變換光學的微納結構光存儲新方案。相關研究成果于2015年和2016年在Nature Communication上發表。

研製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光互連網絡的帶寬、延遲、功耗、集成規模等性能，為我國高性能計算機未來的高速發展光互連網絡奠定了重要的微納光電子技術基礎。