在高頻信號傳輸中，速度是決定性能的關(guān)鍵因素之一。光子互連利用光子在光纖或波導(dǎo)中傳播的特性，實現(xiàn)了接近光速的數(shù)據(jù)傳輸。與電信號在銅纜中傳輸相比，光信號的傳播速度要快得多，從而帶來了極低的傳輸延遲。這種低延遲特性對于實時性要求極高的應(yīng)用場景尤為重要，如高頻交易、遠(yuǎn)程手術(shù)和虛擬現(xiàn)實等。隨著數(shù)據(jù)量的破壞性增長，對傳輸帶寬的需求也在不斷增加。傳統(tǒng)的銅互連技術(shù)受限于電信號的物理特性，其傳輸帶寬難以大幅提升。而光子互連則通過光信號的多波長復(fù)用技術(shù)，實現(xiàn)了極高的傳輸帶寬。光子信號在光纖中傳播時，可以復(fù)用在不同的波長上，從而大幅增加可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。這使得光子互連能夠輕松滿足未來高頻信號傳輸對帶寬的極高要求。在三維光子互連芯片中，可以集成光緩存器來暫存光信號，減少因信號等待而產(chǎn)生的損耗。長春光傳感三維光子互連芯片

三維光子互連芯片是一種將光子器件與電子器件集成在同一芯片上，并通過三維集成技術(shù)實現(xiàn)芯片間高速互連的新型芯片。其工作原理主要基于光子傳輸?shù)母咚�、低損耗特性，利用光子在微納米量級結(jié)構(gòu)中的傳輸和處理能力，實現(xiàn)芯片間的高效互連。在三維光子互連芯片中，光子器件負(fù)責(zé)將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并通過光波導(dǎo)等結(jié)構(gòu)在芯片內(nèi)部或芯片間進(jìn)行傳輸。光信號在傳輸過程中幾乎不受電阻、電容等電子元件的影響，因此能夠?qū)崿F(xiàn)極高的傳輸速率和極低的傳輸損耗。同時，三維集成技術(shù)使得不同層次的芯片層可以通過垂直互連技術(shù)（如TSV）實現(xiàn)緊密堆疊，進(jìn)一步縮短了信號傳輸距離，降低了傳輸延遲和功耗。天津3D PIC在數(shù)據(jù)中心中，三維光子互連芯片可以實現(xiàn)服務(wù)器、交換機等設(shè)備之間的高速互連。

光子傳輸具有高速、低損耗的特點，這使得三維光子互連在芯片內(nèi)部通信中能夠?qū)崿F(xiàn)極高的傳輸速度和帶寬密度。與電子信號相比，光信號在傳輸過程中不會受到電阻、電容等因素的影響，因此能夠支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。此外，三維光子互連還可以利用波長復(fù)用技術(shù)，在同一光波導(dǎo)中傳輸多個波長的光信號，從而進(jìn)一步擴展了帶寬資源。這種高速、高帶寬的傳輸特性，使得三維光子互連在處理大規(guī)模并行數(shù)據(jù)和高速數(shù)據(jù)流時具有明顯優(yōu)勢。在芯片內(nèi)部通信中，能效和熱管理是兩個至關(guān)重要的問題。傳統(tǒng)的電子互連方式在高速傳輸時會產(chǎn)生大量的熱量，這不僅限制了傳輸速度的提升，還可能對芯片的穩(wěn)定性和可靠性造成影響。而三維光子互連則通過光子傳輸來減少能耗和熱量產(chǎn)生。光信號在傳輸過程中幾乎不產(chǎn)生熱量，且光子器件的能效遠(yuǎn)高于電子器件，因此三維光子互連在能效方面具有明顯優(yōu)勢。此外，三維布局還有助于散熱，通過優(yōu)化熱傳導(dǎo)路徑和增加散熱面積，可以有效降低芯片的工作溫度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

光信號具有天然的并行性特點，即光信號可以輕松地分成多個部分并單獨處理，然后再合并。在三維光子互連芯片中，這種天然的并行性得到了充分發(fā)揮。通過設(shè)計復(fù)雜的三維互連網(wǎng)絡(luò)，可以將不同的計算任務(wù)和數(shù)據(jù)流分配給不同的光信號通道進(jìn)行處理，從而實現(xiàn)高效的并行計算。這種并行計算模式不僅提高了數(shù)據(jù)處理的效率，還增強了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。二維芯片受限于電子傳輸速度和電路布局的限制，其數(shù)據(jù)傳輸速率和延遲難以進(jìn)一步提升。而三維光子互連芯片利用光子傳輸?shù)母咚傩院偷脱舆t特性，實現(xiàn)了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的延遲。這使得三維光子互連芯片在并行處理大量數(shù)據(jù)時具有明顯的性能優(yōu)勢。在數(shù)據(jù)中心運維方面，三維光子互連芯片能夠簡化管理流程，降低運維成本。

三維光子互連芯片通過引入光子作為信息載體，并利用三維空間進(jìn)行光信號的傳輸和處理，有效克服了傳統(tǒng)芯片中的信號串?dāng)_問題。相比傳統(tǒng)芯片，三維光子互連芯片具有以下優(yōu)勢一一低串?dāng)_特性：光子在傳輸過程中不易受到電磁干擾，且光波導(dǎo)之間的耦合效應(yīng)較弱，因此三維光子互連芯片具有較低的信號串?dāng)_特性。高帶寬：光子傳輸具有極高的速度，能夠?qū)崿F(xiàn)超高速的數(shù)據(jù)傳輸。同時，三維空間布局使得光波導(dǎo)之間的間距可以更大，進(jìn)一步提高了傳輸帶寬。低功耗：光子傳輸不需要電子的流動，因此能量損耗較低。此外，三維光子互連芯片通過優(yōu)化設(shè)計和材料選擇，可以進(jìn)一步降低功耗。高密度集成：三維空間布局使得光子元件和波導(dǎo)可以更加緊湊地集成在一起，提高了芯片的集成度和功能密度。三維光子互連芯片的設(shè)計充分考慮了未來的擴展需求，為技術(shù)的持續(xù)升級提供了便利。天津3D PIC

在高速通信領(lǐng)域，三維光子互連芯片的應(yīng)用將推動數(shù)據(jù)傳輸速率的進(jìn)一步提升。長春光傳感三維光子互連芯片

光子傳輸速度接近光速，遠(yuǎn)超過電子在導(dǎo)線中的傳播速度。因此，三維光子互連芯片能夠?qū)崿F(xiàn)極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足高性能計算和大數(shù)據(jù)處理對帶寬的需求。光信號在傳輸過程中幾乎不會損耗能量，因此三維光子互連芯片在數(shù)據(jù)傳輸方面具有極低的損耗特性。這有助于降低數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用場景的能耗成本，實現(xiàn)綠色計算。三維集成技術(shù)使得不同層次的芯片層可以緊密堆疊在一起，提高了芯片的集成度和性能。同時，光子器件與電子器件的集成也實現(xiàn)了光電一體化，進(jìn)一步提升了芯片的功能和效率。三維光子互連芯片可以根據(jù)應(yīng)用場景的需求進(jìn)行靈活部署。無論是數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的高速互連還是跨數(shù)據(jù)中心的長距離傳輸，都可以通過三維光子互連芯片實現(xiàn)高效、可靠的連接。長春光傳感三維光子互連芯片