Clasificación de chips integrados
Muchas placas base del mercado informático integran muchos otros componentes: tarjetas gráficas, tarjetas de sonido, tarjetas de red, etc. Al comprar productos de placa base integrada, se deben considerar principalmente las propias necesidades del usuario. Al mismo tiempo, también cabe señalar que el rendimiento de estos chips de control integrados es ligeramente inferior al de productos de placa similares de gama media a alta. Si tienes necesidades especiales, necesitas comprar la placa correspondiente para mejorar el rendimiento. Además, lo mismo ocurre con la elección del número de ranuras de la placa base, teniendo en cuenta principalmente sus propias necesidades. Si desea utilizar una gran cantidad de tarjetas de expansión para implementar algunas funciones adicionales, debe elegir un producto con más ranuras de expansión; si desea configurar una memoria de gran capacidad, elija un producto con más ranuras de memoria DIMM para implementar las funciones; . La tecnología de integración fotónica es el campo más avanzado y prometedor de las comunicaciones por fibra óptica y es la mejor manera de satisfacer las necesidades futuras de ancho de banda de la red. Si bien todo el mundo sigue obsesionado con la idea de la "comunicación totalmente óptica", la red ya está cambiando silenciosamente. El equipo de nodo requiere conversión fotoeléctrica y la señal se puede amplificar mediante la configuración "O-E-O" y luego transmitirse a la computadora. La tecnología de integración fotónica se adapta al desarrollo de los tiempos. La integración fotónica reduce el costo y la complejidad en comparación con el procesamiento tradicional discreto "O-E-O", lo que brinda los beneficios de construir nuevas estructuras de red con más nodos a menor costo. Más nodos significan un acceso más flexible y un mantenimiento y resolución de problemas más eficientes. Sin embargo, la fabricación de chips fotónicos integrados no es una tarea fácil. Los dispositivos fotónicos tienen una estructura tridimensional, que es mucho más compleja que la integración de semiconductores con una estructura bidimensional. Los láseres, detectores, moduladores y otros dispositivos están integrados en el chip y requieren deposiciones y grabados repetidos en múltiples capas dieléctricas de película delgada de diferentes materiales (incluidos arseniuro de indio y galio, fosfuro de indio y otros materiales). Las obleas de fosfuro de indio se recubren con una sustancia química pastosa llamada fotorresistente en la línea de producción. La luz ultravioleta incide sobre el fotoprotector a través de la plantilla hueca, provocando una reacción compleja. Parte del material semiconductor se adhiere a la oblea y otra parte queda grabada. En 2004, apareció frente a la gente un chip fotónico integrado a gran escala (un par de chips que integran 50 dispositivos fotónicos). Anteriormente, algunos fabricantes de chips ópticos integraban sólo unos pocos dispositivos. La tecnología de integración fotónica ha desarrollado con éxito chips de 400 GB/s y 1,6 TB/s, logrando la integración de hasta 240 dispositivos ópticos. Infinera, un gigante en el campo de la integración fotónica, anunció la próxima ruta de desarrollo para sus productos de integración fotónica en febrero de 2008. Se predice que la densidad de integración fotónica se duplicará cada tres años.
Desarrollo tecnológico en el campo de los chips ópticos integrados
Así como los circuitos se han integrado y desarrollado en chips de circuitos integrados, los circuitos ópticos también se integrarán y desarrollarán en chips de circuitos integrados ópticos ( OCI). La tecnología de guía de ondas ópticas es la base de la óptica integrada. A medida que los productos de nueva tecnología reemplazan por completo a los productos tradicionales, los chips de circuitos ópticos integrados se están moviendo gradualmente hacia aplicaciones de mercado más amplias. Luego, los circuitos integrados se desarrollaron gradualmente hasta convertirse en circuitos integrados a gran escala, reemplazando así a las placas de circuito tradicionales a gran escala. El contenido de alta tecnología del producto ha cambiado en gran medida el modelo de producción, adoptando para la producción un modelo de procesamiento de semiconductores altamente automatizado y producido en masa, comúnmente conocido como modelo de producción de procesamiento de obleas. De la misma manera, nuestros chips ópticos integrados también utilizan métodos de procesamiento de semiconductores (diferentes procesos) para fabricar chips ópticos integrados de alto rendimiento para reemplazar los dispositivos ópticos tradicionales. Al igual que los chips de circuitos integrados a gran escala, también logra una producción en masa y una alta eficiencia, con menor costo, menor tamaño, rendimiento más estable, bajo consumo de energía en el proceso de producción, sin contaminación en el proceso de producción, mano de obra reducida y alto contenido tecnológico. , y alto rendimiento Tiene las características de altos indicadores y alto valor agregado de productos. Dada la complejidad del diseño de chips ópticos y la tecnología de procesamiento, la inversión inicial en investigación científica es enorme, a menudo decenas de miles de millones de dólares. Hasta ahora, sólo unos pocos países desarrollados, como Europa, Estados Unidos y Japón, han logrado la producción en masa de este tipo de chip y han encontrado una aplicación práctica en el campo de las comunicaciones de alta gama. A ellos se les compra, incluida la red de carreteras troncales de China, la red en anillo, la red de fibra hasta el hogar y los chips ópticos necesarios para la red de fibra hasta el hogar. La escala de producción y la cuota de mercado de los dispositivos optoelectrónicos nacionales siguen siendo insuficientes y sólo pueden limitarse al mercado de gama baja. Como producto de tecnología central de alta gama, los chips ópticos todavía se encuentran en el nivel de procesamiento de los países desarrollados y carecen de su propio diseño de I+D. Debido al rápido desarrollo de la tecnología de procesamiento de chips ópticos, los países desarrollados occidentales ocupan la mayor parte de la cuota de mercado de productos de chips ópticos de alta gama. Hasta ahora, China sólo puede producir divisores de fibra óptica y multiplexores de división de longitud de onda bidireccionales fabricados con equipos tradicionales de cono fundido. Esto es muy inconsistente con la enorme demanda del mercado de tecnología de comunicación e investigación en optoelectrónica de mi país.
Los chips ópticos se procesan mediante semiconductores (es decir, procesamiento de obleas), pero esta industria es diferente de las industrias comunes. En el pasado, debido a la tecnología de diseño de chips nacional, los materiales de oblea (silicio) y las técnicas de procesamiento estaban relativamente atrasados. Incluso hasta el momento, no existe ninguna línea de producción nacional de procesamiento de obleas que pueda producir nuestros chips ópticos al nivel de producción en masa de 6 pulgadas (o más). Por lo tanto, la investigación, el desarrollo, el diseño y la fabricación de chips ópticos integrados basados en tecnología de guía de ondas ópticas planas y que utilizan el procesamiento de obleas como proceso de fabricación siempre han estado en blanco en China. Debido a que no existen líneas de producción nacionales para experimentos, hay una gran escasez de talentos que dominen tecnologías centrales de alta gama en este campo. La industria nacional de procesamiento de obleas (chips "eléctricos" de circuitos integrados) se está desarrollando rápidamente. Sólo en el parque de alta tecnología de Zhangjiang en Pudong, Shanghai, hay varias empresas de procesamiento de chips de renombre. Entre ellas, "SMIC" invirtió 65.438+0,2 mil millones de dólares estadounidenses para construir la primera producción de procesamiento de obleas de 654,38+0,2 pulgadas más grande de China. línea. Sin embargo, todas las empresas mencionadas procesan chips "eléctricos" tradicionales, y el rendimiento y la velocidad de los chips eléctricos han alcanzado un cuello de botella técnico. Por ejemplo, la velocidad de los chips de las computadoras personales ya no se duplica cada dos años y es difícil hacerlos más pequeños. De hecho, la famosa Ley de Moore ha sido revocada. En la futura industria de procesamiento de chips, la línea de producción OEM para procesar chips ópticos es una industria más emergente que se ha convertido en el conocimiento de los profesionales y creará condiciones favorables para la investigación, el desarrollo y la producción de chips ópticos integrados de guía de ondas planas en mi país. Si la primera línea de producción puede establecerse lo antes posible, brindará enormes oportunidades a las empresas dedicadas a la investigación y el desarrollo y el diseño independientes en este campo tecnológico central, así como al "núcleo óptico de China" con derechos de propiedad intelectual independientes.
Aplicación al mercado de chips ópticos integrados
1 y aplicación de la red de acceso FTTH. Como todos sabemos, China es uno de los mercados de telecomunicaciones más grandes y de más rápido crecimiento del mundo. Ha establecido redes de transmisión óptica de clase mundial, incluido el sistema digital síncrono óptico (SDH) de 10 Gbps, el sistema de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) y el sistema digital síncrono óptico (SDH) de 10 Gbps. Red de televisión por cable (CATV). También se ha comenzado a poner a prueba y promover el sistema de red FTTH "tres redes en una". La red de fibra hasta el hogar tiene cuatro ventajas técnicas principales: red pasiva, gran ancho de banda, múltiples servicios portadores y protocolos de soporte flexibles, y eliminará por completo el ADSL. La fibra hasta el hogar integra tecnologías avanzadas como IP, comunicaciones ópticas y redes digitales y de acceso. Su método de acceso de gran ancho de banda puede proporcionar una garantía de alta calidad para la popularización de nuevos servicios como IPTV, VOD y televisión digital. Hasta ahora, la transmisión de información de Internet se basa en fibras ópticas entre ciudades y dentro de las ciudades a lo largo de la red troncal. La "última milla" y los "últimos cien metros" desde la red troncal hasta las comunidades y hogares se transmiten a través de cables de cobre en lugar de cables ópticos. fibras de. El ancho de banda del cable de cobre es sólo de 1 a 2 Mbit, mientras que el ancho de banda de la fibra óptica puede alcanzar más de 100 Mbit. Una vez que se logre la integración de la fibra hasta el hogar y las tres redes, el trabajo y la vida humana sufrirán cambios inimaginables. La velocidad de Internet es cientos de veces mayor que la actual, y se puede lograr transmisión instantánea, de alta definición y alta velocidad para navegar por Internet, ver películas, asistir a clases, celebrar reuniones y realizar descargas. La comunicación telefónica puede lograr videollamadas, sonido e imágenes de alta definición, cero interferencias, etc. La red de televisión por cable también puede realizar funciones interactivas como imágenes de alta definición y vídeos bajo demanda. Hasta el momento, con el firme apoyo de los gobiernos provinciales y municipales, se ha lanzado la aplicación piloto de FTTH en China. Por ejemplo, hay más de diez proyectos FTTH en Wuhan, incluidos Ziyuan Community, Changfei Community, Nanhu Urban Taoyuan, Derun Building y Wangmi Garden, con más de 10.000 usuarios. La Comunidad de la Novena Ciudad y la Comunidad de Villa SMIC de la Oficina de Telecomunicaciones de Pudong en Shanghai, el Jardín Bisheng y el Apartamento Kunlun en Beijing, la Comunidad Tailong en Chengdu, así como Zhejiang, Guangdong, Jiangsu y otros lugares también han lanzado trabajos piloto y de planificación de FTTH.
La tecnología y el mercado global de FTTH están cada vez más maduros y el negocio está creciendo rápidamente, lo que es especialmente valorado en los países desarrollados. Las estadísticas pertinentes muestran que a finales de 2007, había más de 5 millones de hogares en Estados Unidos y 3 millones de hogares en Japón. Los usuarios de acceso a fibra óptica de China ya han iniciado proyectos piloto en algunas áreas. Algunas personas dicen que China se ha alejado de la era FTTH. Pero en la industria de la información actual a menudo se producen novedades inesperadas: ¿Quién hubiera pensado que los teléfonos móviles e Internet podrían ser tan populares? Como socio de comunicaciones fijas de los Juegos Olímpicos de Beijing 2008, China Netcom realizó pruebas de FTTH. En Beijing se desplegarán múltiples redes olímpicas de fibra óptica de alta calidad, utilizando tecnología de fibra óptica directa al escritorio para lograr 2,5 GB de ancho de banda de "escritorio de usuario". Actualmente, el número de usuarios de banda ancha en China ha alcanzado 65.438+22 millones. ocupando el primer lugar en el mundo. Con el tiempo, será completamente eliminado por la tecnología de fibra hasta el hogar.
El informe "Global FTTH (Fiber to the Home) Technology and Market Development" publicado por la organización de investigación de mercado Heavy Reading predice que para 2012, el 5% de los hogares de todo el mundo implementarán FTTH, y la tecnología GPON (red totalmente óptica) es Se espera que se convierta en la tecnología líder de FTTH, y se espera que el número total de usuarios de FTTH aumente de 20 millones a 90 millones. Otra empresa llamada Ovum-RHK predice que el número de usuarios de banda ancha en la región de Asia y el Pacífico aumentará de 75 millones en 2005 a 654,38+29 mil millones a finales de 2009, de los cuales 23 millones de usuarios elegirán la tecnología FTTH para lograr acceso a banda ancha. . Asia-Pacífico se convertirá en la región FTTH de más rápido crecimiento en el mundo y el mercado de servicios de banda ancha se concentra principalmente en China, Japón, Singapur y Corea del Sur. Por lo tanto, este es un mercado enorme, y nuestro país también formará un mercado de cables ópticos y equipos de acceso óptico de aproximadamente 654,38 mil millones de yuanes, excluyendo los mercados extranjeros. Los ingresos anuales del negocio de operaciones de comunicaciones superarán los 654.380 millones de yuanes, lo que sin duda tiene un enorme potencial de desarrollo para las empresas de telecomunicaciones y los fabricantes de equipos de fibra óptica.
2.Aplicación de las vías troncales en redes interurbanas de ultralargo recorrido. Las redes de área amplia de comunicación totalmente óptica para transmisión troncal de larga distancia se están desarrollando gradualmente hacia distancias ultralargas, alta velocidad, gran capacidad, modularidad, flexibilidad, conveniencia y confiabilidad. Combinando la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) y bombeo remoto (ROPA), las señales 10G se pueden transmitir hasta 5.000 kilómetros sin electricidad. El multiplexor por división de longitud de onda densa (DWDM) de guía de onda de matriz (AWG) de 40 canales y el multiplexor óptico de adición y caída reconfigurable (ROADM) de 20 canales desarrollado por nuestra empresa para la nueva generación de redes de comunicación totalmente ópticas son el núcleo de la división de longitud de onda. componentes del sistema de multiplexación para cumplir con los requisitos de desarrollo de una nueva generación de transmisión troncal de larga distancia. La transmisión de un solo tramo de 300 a 500 km de longitud mejora la capacidad de transmisión de larga distancia del sistema, puede ahorrar estaciones repetidoras en gran medida, reducir los costos de la red y mejorar la confiabilidad de la red. El multiplexor por división de longitud de onda densa es la base del diseño modular, que no solo puede realizar la expansión gradual del sistema 400g>:800g>;1200G>1600G, sino que también se puede actualizar sin problemas según la longitud de onda. Adoptar la idea de invertir en cuotas y construir redes según demanda favorece la construcción de redes troncales de transmisión. El multiplexor óptico de adición y caída reconfigurable (ROADM) puede realizar una configuración automática remota y se puede agregar o eliminar cualquier longitud de onda en cualquier nodo. Los equipos se pueden actualizar y ampliar en línea sin interrumpir el negocio. ROADM puede realizar sintonización automática de potencia y monitoreo de canales al mismo tiempo. El sistema ROADM puede proporcionar rápidamente nuevos servicios sin rediseñar la red, reducir la carga de la planificación de la red y reducir los costos de operación y mantenimiento. Los multiplexores de división de longitud de onda densa de guía de onda de matriz plana a nivel de chip óptico y los atenuadores ópticos ajustables multicanal a nivel de chip óptico son dos tipos principales de chips ópticos. En la actualidad, no tenemos este tipo de chips ópticos producidos por nosotros mismos en China y casi todos son importados.
3. Aplicación de la red de anillo metropolitano. Las redes en anillo generalmente adoptan una estructura de doble anillo. Cada nodo está conectado en serie en el anillo de fibra óptica. La transmisión de señal entre nodos es de retransmisión punto a punto, por lo que el diámetro y la capacidad de la red pueden ser muy grandes. Puede exceder los 200 km y la cantidad de nodos conectados en serie puede alcanzar miles, que es un orden de magnitud mayor que la mayoría de las redes de bus, y la pérdida de ruta óptica también es pequeña. Una red de doble anillo puede funcionar como una red de anillo único o de doble anillo. Cuando se ejecuta en un solo anillo, un anillo funciona normalmente y el otro anillo está en estado de espera activo, lo que mejora la confiabilidad del sistema. En este momento, la capacidad de la red depende de un anillo y los nodos solo necesitan un conjunto de equipos. Cuando funciona el doble anillo, la capacidad de la red se duplica y se requieren dos conjuntos de equipos para funcionar al mismo tiempo. Se considera que ROADM es el símbolo de la nueva generación de redes de división de longitud de onda del área metropolitana, y la capa óptica dinámica y flexible también se considera la dirección de desarrollo de las redes del área metropolitana.
4. Aplicación del control eléctrico en la transmisión de señales de alta frecuencia. China está en un proceso de rápido desarrollo y la producción industrial se está automatizando cada vez más. La escasez de recursos y materias primas o el aumento vertiginoso de los precios han restringido gravemente el desarrollo. Además de las líneas telefónicas, líneas de red y líneas de televisión por cable, cada año una gran cantidad de equipos de control utilizan líneas de datos, líneas de control y líneas de señal con materiales metálicos como núcleo. Por lo tanto, los recursos metálicos como el cobre consumen enormes cantidades de dinero y técnicamente pueden ser reemplazados por fibras ópticas y chips ópticos. En pocas palabras, ambos extremos de una fibra óptica se realizan mediante chips ópticos y conversión fotoeléctrica. La gran cantidad de líneas de transmisión y varios tipos de líneas de señal utilizadas para el control en instrumentos y equipos hace que algunos gabinetes de control eléctrico y consolas de automatización se incluyan con varias líneas de transmisión y líneas de señal una vez abiertas, ocupando incluso una pequeña parte del peso del gabinete de control. Si se utilizan fibras ópticas baratas para la transmisión, los chips ópticos de soporte que desarrollemos se utilizarán ampliamente.
Por un lado, esto está en línea con la estrategia nacional y la política industrial de "el cobre retrocede y avanza a la ligera". Especialmente para algunas señales de alta frecuencia en el campo del control de automatización, todavía se utilizan cables coaxiales. La razón es muy simple, siempre que todos los cables tengan campos electromagnéticos, interferirán entre sí. Se requieren capas de blindaje, pero esto aún no es posible resolver el problema de las altas pérdidas. Debido al enorme ancho de banda, una fibra óptica no sólo puede reemplazar innumerables líneas de señales eléctricas, sino que no hay problemas de interferencia entre las dos fibras ópticas colocadas juntas y no hay problemas de grandes pérdidas. Los recursos ahorrados para el país alcanzarán las 10.000 toneladas cada año. China ha sido durante mucho tiempo un importante productor de fibra y su producción ha ocupado durante mucho tiempo el primer lugar en el mundo. También se han logrado grandes avances en la fabricación de algunas fibras ópticas especiales, y una distancia de 300 kilómetros puede suponer una pérdida cercana a cero. Ha creado buenas condiciones para la estrategia de "eliminación gradual del cobre" y ha sentado las bases técnicas para la construcción de redes totalmente ópticas.
Perspectivas de desarrollo industrial
Con base en los cinco aspectos de aplicación anteriores, la enorme demanda muestra la extrema importancia de la I+D, el diseño y la fabricación de los derechos de propiedad intelectual independientes de China. La aplicación en redes interurbanas de larga distancia y redes en anillo también puede sustituir completamente las importaciones, y las cantidades son enormes. Además de control de automatización industrial y aplicaciones militares de alta gama. La demanda masiva nos da razones para creer que nuestra industria se convertirá en una industria gigante, junto con algunas otras industrias optoelectrónicas importantes, la fortaleza científica y tecnológica integral del país mejorará rápidamente. Imagínese, si no hubiera chips ópticos desarrollados independientemente por mi país con derechos de propiedad intelectual independientes, una gran cantidad de dispositivos ópticos a nivel de chip utilizados en las carreteras troncales de comunicación de mi país se comprarían en el extranjero, lo que también está relacionado con la seguridad potencial. asuntos. Una vez que el país comience a popularizar FTTH, algunos fabricantes extranjeros retirarán una gran cantidad de pedidos. Al igual que cuando las computadoras y los teléfonos móviles ingresaron al mercado chino, los "núcleos extranjeros" representaron casi todas las computadoras y teléfonos móviles en China, y también ocuparon los productos con mayor valor agregado. La razón por la que esos gigantes industriales pueden convertirse rápidamente en "Big Macs" es que los usuarios globales, incluida China, les proporcionan enormes ganancias. A algunas empresas que crezcan más tarde les resultará más difícil competir. En la actualidad, el país necesita salir de un modelo económico extensivo cada vez más difícil de mantener. Después de todo, las materias primas, la fuerza laboral y la energía están aumentando en general, y el costo de construir una "fábrica mundial" de baja tecnología también está aumentando. Si la economía de los países desarrollados está en recesión y las exportaciones están bloqueadas, será imposible depender de una economía procesadora de baja rentabilidad y baja tecnología y de una orientación exportadora para promover y mantener un alto crecimiento a largo plazo. Como todos sabemos, en la exportación de productos de alta tecnología, la mayor parte de nuestro país solo gana tarifas de procesamiento, y las ganancias de los componentes centrales de alto valor agregado a menudo están controladas por grandes empresas de países desarrollados en China o importadas directamente del extranjero. Por lo tanto, una vez que ocupe las alturas dominantes de la tecnología, obtendrá los mayores beneficios. ¿Por qué nuestro país no ocupa alturas tan imponentes y no tiene empresas con tecnologías tan básicas? ¿Cuándo permitirán las empresas "Intel" y "Microsoft" de China que nuestro país tenga nuestras ventajas en algunos campos industriales importantes, al menos tenga un lugar y lidere una industria con alta tecnología? Si podemos construir nuestras propias líneas de producción, si cada eslabón tecnológico y de procesamiento, incluidos los principales de I+D y diseño, se completan de forma independiente en China, no sólo tendremos ventajas técnicas y ventajas obvias de precios, sino que también tendremos un enorme potencial para desarrollar mercados en el extranjero. , haciendo que "China Es posible que el" núcleo "se vaya al extranjero. Entonces habrá una gran parte del mercado mundial multimillonario en este campo, que será desarrollado y fabricado de forma independiente por nuestras empresas chinas. Por otro lado, con su propia línea de producción, a través de más investigación técnica y en el proceso de producción y comercialización, las capacidades de diseño de chips ópticos y la tecnología de fabricación de mi país se pueden mejorar continuamente, lo que puede impulsar el desarrollo de cadenas industriales relacionadas. Debido a que una industria de este tipo requiere enormes inversiones y la orientación de políticas industriales, sin un apoyo especial del país y el establecimiento de su propia línea de producción de procesamiento de chips ópticos en China lo antes posible, será difícil lograr lo anterior.