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哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）電子與信息工程學(xué)院的徐科副教授、姚勇教授與其合作者，針對(duì)光通信芯片集成度受限的問題，通過光波導(dǎo)模場(chǎng)的精細(xì)調(diào)控，在實(shí)現(xiàn)多模波導(dǎo)低損耗和低串?dāng)_的同時(shí)，將關(guān)鍵器件的尺寸縮小了1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。芯片支持3×112 Gbit/s高速模分復(fù)用信號(hào)的任意緊湊布線，使多模光學(xué)系統(tǒng)的大規(guī)模片上集成成為可能。該成果將進(jìn)一步助力集成光子芯片在光通信、人工智能、高性能計(jì)算、量子信息等眾多高新領(lǐng)域中加速發(fā)展和應(yīng)用。

在光通信傳輸過程中，發(fā)射端將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出激光束，通過光纖傳遞，在接收端接收到光信號(hào)后再將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)調(diào)制解調(diào)后變?yōu)樾畔ⅲ怆娦酒鸬降淖饔镁褪牵瑢?shí)現(xiàn)電信號(hào)和光信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換，是光電技術(shù)產(chǎn)品的核心，處于光通信領(lǐng)域的金字塔尖。

隨著下一代無線通信技術(shù)的發(fā)展，迫切需要一種兼具可演進(jìn)性（Evolvable）、可擴(kuò)展性（Scalable）和高性能、低功耗特性的新型計(jì)算系統(tǒng)來滿足成指數(shù)增長(zhǎng)的計(jì)算性能的需求。 可重構(gòu)計(jì)算（Reconfigurable Computing）近年來出現(xiàn)的一種將軟件的靈活性和硬件的高效性結(jié)合在一起的計(jì)算方式，其基本思想是：計(jì)算機(jī)通過一個(gè)主處理器加上一組可重構(gòu)硬件來組成，其中主處理器負(fù)責(zé)控制可重構(gòu)硬件的行為，可重構(gòu)硬件由配置信息流驅(qū)動(dòng)，通過剪裁、重組大量計(jì)算資源，專注地加速執(zhí)行某一特定任務(wù)。在靈活性方面，可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)具有與通用處理器相似的可編程性；在能量效率上，可重構(gòu)計(jì)算接近專用計(jì)算電路。 研究?jī)?nèi)容： 1.  基于粗粒度可重構(gòu)計(jì)算的計(jì)算密集型通信算法實(shí)現(xiàn)； 2.  粗粒度緊耦合多核可重構(gòu)計(jì)算陣列硬件架構(gòu)； 3.  高靈活性、高可擴(kuò)展性的可重構(gòu)片上存儲(chǔ)陣列硬件架構(gòu)； 4.  低功耗可重構(gòu)處理器片上負(fù)載均衡和資源管理。

面向日益復(fù)雜多樣的電子產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景，電子設(shè)備的小型化進(jìn)程不斷加快，對(duì)于高集成、多模式、多功能的芯片需求飛速高漲。本項(xiàng)研究成果針對(duì)生物醫(yī)療電子、個(gè)人無線體域網(wǎng)、近距離無感支付、車載定位、戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)感知、無人機(jī)導(dǎo)航等應(yīng)用需求，提出一種超寬帶無線通信兼具FMCW雷達(dá)測(cè)距的復(fù)合型收發(fā)機(jī)創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)。收發(fā)機(jī)采用超寬帶射頻調(diào)頻+可再生型鑒頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通信及雷達(dá)的共架構(gòu)方案；提出多相中頻時(shí)差測(cè)距機(jī)理，將分辨率提高2個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到mm級(jí)精確測(cè)距，動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大4倍；射頻前端基于電流共享技術(shù)，實(shí)現(xiàn)射頻振蕩器+功放、低噪放+鑒頻+混頻的一體化實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)功耗優(yōu)化40%；提出子載波發(fā)生器+頻率校正環(huán)路的數(shù)字化復(fù)用結(jié)構(gòu)，發(fā)射機(jī)可半數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，從而得到一款支持無線數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)差/頻差/相差雷達(dá)測(cè)距的極低功耗復(fù)用型收發(fā)芯片。 圖1.研制的通信+雷達(dá)集成收發(fā)機(jī)芯片顯微照片

研究背景 芯片是人類最偉大的發(fā)明之一，也是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心。小到手機(jī)、電腦、數(shù)碼相機(jī)，大到6G、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算均基于芯片技術(shù)的不斷突破。半導(dǎo)體光刻工藝水平的發(fā)展是以芯片為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)的基石，目前半導(dǎo)體光刻的制造工藝幾乎是摩爾定律的物理極限。隨著制造工藝的越來越小，芯片內(nèi)晶體管單元已經(jīng)接近分子尺度，半導(dǎo)體制作工藝的“瓶頸效應(yīng)”越來越明顯。隨著全球化以及科技的高速發(fā)展，急劇增長(zhǎng)的龐大數(shù)據(jù)量要求數(shù)據(jù)處理模型和算法結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級(jí)，帶來的結(jié)果就是對(duì)計(jì)算能力和系統(tǒng)功耗的要求不斷提高。而目前智能電子設(shè)備大多存在傳輸瓶頸、功耗增加以及計(jì)算力瓶頸等現(xiàn)象，已越來越難以滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)計(jì)算力與功耗的需求，因此提高運(yùn)算速度同時(shí)降低運(yùn)算功耗是目前信息工業(yè)界面臨的緊要問題。 如當(dāng)年集成電路開創(chuàng)信息時(shí)代一樣，當(dāng)下已經(jīng)普及的光通信正在成為新革命力量的開路先鋒。與此同時(shí)，光子芯片正在從分立式器件向集成光路演進(jìn)，光子芯片向小型化、集成化的發(fā)展趨勢(shì)已是必然。相對(duì)于電子驅(qū)動(dòng)的集成電路，光子芯片有超高速率，超低功耗等特點(diǎn)，利用光信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取、傳輸、計(jì)算、存儲(chǔ)和顯示的光子芯片，具有非常廣闊的發(fā)展空間和巨大的潛能。 項(xiàng)目功能 本項(xiàng)目瞄準(zhǔn)光通信關(guān)鍵技術(shù)及核心芯片，基于量子阱二極管發(fā)光探測(cè)共存現(xiàn)象，探索關(guān)鍵微納制造技術(shù)，研制出可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信、感知功能的一體化光電子芯片。 技術(shù)路線 一、技術(shù)原理及可行性 本項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人王永進(jìn)教授發(fā)現(xiàn)如圖1所示的量子阱二極管發(fā)光探測(cè)共存現(xiàn)象，首次研制出同質(zhì)集成發(fā)射、傳輸、調(diào)制和接收器件的光電子芯片，這些原創(chuàng)工作引起了業(yè)界相關(guān)科研小組地廣泛關(guān)注，化合物半導(dǎo)體同質(zhì)集成光電子芯片成為研究熱點(diǎn)。香港大學(xué)的蔡凱威小組和申請(qǐng)人合作提出濕法刻蝕和激光選擇性剝離技術(shù)，在藍(lán)寶石氮化物晶圓上實(shí)現(xiàn)LED基同質(zhì)集成光電子芯片(Optica 5, 564-569 (2018))。沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)Ooi教授和美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校Nakamura教授小組在藍(lán)寶石氮化物晶圓上，研制出基于氮化物激光器的同質(zhì)集成光電子芯片(Opt. Express 26, A219(2018))。中科院蘇州納米所孫錢小組在硅襯底氮化物晶圓上，研制出基于氮化物激光器的同質(zhì)集成光電子芯片(IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 24, 8200305 (2018))。在NRZ-OOK調(diào)制方式下，InGaN/GaN量子阱二極管可實(shí)現(xiàn)Gbps的光發(fā)射、調(diào)制和探測(cè)速率(Appl. Phys. Express 13, 014001 (2020))。這些工作表明研發(fā)基于光子傳輸?shù)幕衔锇雽?dǎo)體同質(zhì)集成光電子芯片以實(shí)現(xiàn)片上光子通信是可行的。   二、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝流程 本項(xiàng)目提出的同時(shí)通信/感知一體化光電子芯片基于常規(guī)的藍(lán)寶石襯底氮化鎵基多量子阱LED外延片進(jìn)行設(shè)計(jì)，無需特殊定制的外延結(jié)構(gòu)。以典型的2寸氮化鎵基藍(lán)光LED外延片為例，其外延片結(jié)構(gòu)如圖2所示，從下至上依次為藍(lán)寶石襯底、AlGaN緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、InGaN/GaN多量子阱層和P型GaN層，通過調(diào)節(jié)InGaN/GaN多量子阱層的參數(shù)（層厚度與In的比例等等）可制備具有不同中心波長(zhǎng)的光源器件。   圖3為本項(xiàng)目所提出的同時(shí)通信/感知一體化光電子芯片結(jié)構(gòu)。在藍(lán)寶石襯底的氮化物晶圓上通過刻蝕和沉積等一系列晶圓級(jí)微納加工技術(shù)，制備出單片集成的InGaN/GaN多量子阱LED和PD。光子芯片的P、N電極可以采用倒裝技術(shù)直接與基板相連，光線從透明的藍(lán)寶石襯底發(fā)出，這樣不僅使得器件具有優(yōu)良的電性能和熱特性而且簡(jiǎn)化了其后期的封裝工藝。 三、技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì) 1、同一塊晶圓上集成LED和PD使得兩者間距離大大縮短，不僅有助于增強(qiáng)PD對(duì)藍(lán)寶石表面反射光線的耦合，提升感知系統(tǒng)性能，而且縮小了器件整體外形，符合集成電子器件小型化、便攜化的發(fā)展趨勢(shì)； 2、單片集成的LED和PD器件相比于傳統(tǒng)異質(zhì)的、分立的LED和PD簡(jiǎn)化了封裝形式和工藝，不再需要對(duì)LED和PD進(jìn)行單獨(dú)的封裝，而且同質(zhì)集成器件的基板也較異質(zhì)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單統(tǒng)一，極大地縮短了集成系統(tǒng)的制作周期； 3、同時(shí)通信/感知一體化光電子芯片采用相同的工藝就可以制作出LED和PD，簡(jiǎn)化了生長(zhǎng)異質(zhì)材料的復(fù)雜性，縮短了器件流片的周期，使用同一工藝就可將LED和PD進(jìn)行批量生產(chǎn)，有效地降低了生產(chǎn)成本。 四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)所在的Peter Grünberg研究中心擁有完整的LED器件制備、光電性能測(cè)試與電學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，并且項(xiàng)目成員積累了豐富的測(cè)試技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，能夠滿足本項(xiàng)目的同時(shí)通信/感知一體化光電子芯片測(cè)試同時(shí)表征光電參數(shù)與電學(xué)參數(shù)的需求。下圖4所示為器件形貌表征圖，從左邊依次是掃描電鏡圖、光鏡圖、原子力顯微鏡圖。   基于通信感知一體化芯片，本項(xiàng)目利用單個(gè)多功能集成器件成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體脈搏的監(jiān)測(cè)功能，如圖5所示。   另外基于通信感知一體化氮化鎵光電子芯片，我們還實(shí)現(xiàn)了照明、成像和探測(cè)功能為一體的LED陣列系統(tǒng)，如圖6所示。該系統(tǒng)可以在點(diǎn)亮照明的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界光信號(hào)的探測(cè)與感知，通過后端系統(tǒng)處理后，再將信息通過陣列顯示出來，實(shí)現(xiàn)多種功能的集成。 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王永進(jìn)教授是國家自然基金委優(yōu)秀青年項(xiàng)目、國家973項(xiàng)目獲得者，他以第一或通訊作者身份在Light-Sci Appl.等主流學(xué)術(shù)期刊發(fā)表一系列高質(zhì)量研究論文，獲授權(quán)中國發(fā)明專利23項(xiàng)，美國發(fā)明專利2項(xiàng)，被National Science Review、Semiconductor Today等做9次專題報(bào)道，榮獲2019年中國電子學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（自然科學(xué)）、2019年南京市十大重大原創(chuàng)成果獎(jiǎng)等。

研發(fā)階段/n由于信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，以衛(wèi)星移動(dòng)通信為代表的空天地一體化網(wǎng)絡(luò) 建設(shè)成為首選。中科院計(jì)算所無線中心在已有成果的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)提升衛(wèi)星終端芯 片的產(chǎn)品化量產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)終端芯片量產(chǎn)，并設(shè)計(jì)多類型衛(wèi)星移動(dòng)通信終端設(shè)備及 行業(yè)應(yīng)用解決方案，填補(bǔ)我國衛(wèi)星移動(dòng)通信“產(chǎn)業(yè)空洞”。截止2017年底，項(xiàng)目成 功實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星移動(dòng)通信終端基帶芯片F(xiàn)ull Mask量產(chǎn)并推廣應(yīng)用，占領(lǐng)產(chǎn)業(yè)鏈高端核 心器件供給；推出面向行業(yè)應(yīng)用的手持、便攜、車載等多型終端解決方案，項(xiàng)目相 關(guān)成果目前依托產(chǎn)業(yè)化主體中科晶上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)

TDA（芯片熱設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件是清華航院曹炳陽教授團(tuán)隊(duì)全自主研發(fā)的國際首個(gè)芯片跨尺度熱仿真與設(shè)計(jì)系統(tǒng)。TDA軟件可實(shí)現(xiàn)芯片從納米至宏觀尺寸的熱設(shè)計(jì)與仿真，支持芯片微納結(jié)構(gòu)內(nèi)部熱輸運(yùn)過程的模擬研究，直接提高芯片熱仿真精度與結(jié)溫預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，進(jìn)而提高芯片性能、壽命和可靠性。

東南大學(xué)毫米波國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和信號(hào)與信息處理實(shí)驗(yàn)室，于2006年3月在國內(nèi)首次成功地進(jìn)行了多輸入多輸出（MIMO）移動(dòng)通信系統(tǒng)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)多業(yè)務(wù)演示，其主要技術(shù)指標(biāo)頻譜利用率達(dá)到了3.3bps/Hz，物理層峰值速率達(dá)到4.272Mbps。

本實(shí)用新型提供了一種具有翻轉(zhuǎn)芯片功能的芯片吸取裝置，包括 Z 向高度調(diào)節(jié)與支撐機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、芯片吸取機(jī)構(gòu)，Z 向高度調(diào)節(jié)與支撐機(jī)構(gòu)將芯片吸取機(jī)構(gòu)移動(dòng)到適宜高度，翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)芯片吸取機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，芯片吸取機(jī)構(gòu)包括直線導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)部件和芯片吸取元件，直線導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)部件內(nèi)設(shè)有直線軸承和彈簧，直線導(dǎo)向軸從上往下穿過直線軸承和彈簧，其端部連接芯片吸取元件，由于彈簧的緩沖作用，芯片吸取元件將芯片吸住后跟隨芯片上升一定的高度，再在翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下旋轉(zhuǎn)到達(dá)芯片供給位置。本實(shí)用新型一方面避免了非接觸式吸取的不可靠