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，可以有效地訪問足夠高的射頻帶寬，用于先進雷達以及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。

這項研究于11月20日發(fā)表在《自然通訊》上，為先進雷達、衛(wèi)星系統(tǒng)、先進無線網(wǎng)絡(luò)（Wi-Fi）甚至未來的6G和7G移動技術(shù)的通信芯片提供了藍圖。

通過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，同時在高頻率下展示了改進的信號精度。

他們通過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，他們還改進了芯片過濾信息的方式。

無線收發(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誤頻率范圍內(nèi)的信號。微波光子濾波器對基于光的信號執(zhí)行相同的功能。但是在一個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)合起來一直是非常具有挑戰(zhàn)性的。

但根據(jù)研究，通過精確調(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)確地通過芯片流動。這對于未來依賴于更高頻率的無線技術(shù)至關(guān)重要。這些頻率的波長較短，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（研究）本·埃格爾頓說：“微波光子濾波器在現(xiàn)代通信和雷達應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，提供了精確過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5G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備（如智能手機）以不同的射頻范圍發(fā)送和接收數(shù)據(jù)——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，因為較短波長具有更大的能量容量，但干擾和阻塞的機會更高。這是因為較短的波長難以穿透較大的表面和物體，同時也減小了信號范圍。

與此同時，根據(jù)OpenSignal的數(shù)據(jù)，美國的5G數(shù)據(jù)速度平均為138兆位每秒，運營商在2到4吉赫的頻段上運行網(wǎng)絡(luò)。預(yù)計到2030年代，6G將成為主流，其運行頻率將從7吉赫開始，達到全球移動通信協(xié)會（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100吉赫，甚至可能達到1,000吉赫，根據(jù)利物浦大學(xué)的說法，速度可能達到理論最大值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過濾的通信芯片。這就是芯片架構(gòu)的進展發(fā)揮作用的地方——在將用于驅(qū)動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。