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哈爾濱工業大學（深圳）電子與信息工程學院的徐科副教授、姚勇教授與其合作者，針對光通信芯片集成度受限的問題，通過光波導模場的精細調控，在實現多模波導低損耗和低串擾的同時，將關鍵器件的尺寸縮小了1-2個數量級。芯片支持3×112 Gbit/s高速模分復用信號的任意緊湊布線，使多模光學系統的大規模片上集成成為可能。該成果將進一步助力集成光子芯片在光通信、人工智能、高性能計算、量子信息等眾多高新領域中加速發展和應用。

在光通信傳輸過程中，發射端將電信號轉換成光信號，然后調制到激光器發出激光束，通過光纖傳遞，在接收端接收到光信號后再將其轉化為電信號，經調制解調后變為信息，而光電芯片所起到的作用就是，實現電信號和光信號之間的相互轉換，是光電技術產品的核心，處于光通信領域的金字塔尖。

隨著下一代無線通信技術的發展，迫切需要一種兼具可演進性（Evolvable）、可擴展性（Scalable）和高性能、低功耗特性的新型計算系統來滿足成指數增長的計算性能的需求。 可重構計算（Reconfigurable Computing）近年來出現的一種將軟件的靈活性和硬件的高效性結合在一起的計算方式，其基本思想是：計算機通過一個主處理器加上一組可重構硬件來組成，其中主處理器負責控制可重構硬件的行為，可重構硬件由配置信息流驅動，通過剪裁、重組大量計算資源，專注地加速執行某一特定任務。在靈活性方面，可重構計算系統具有與通用處理器相似的可編程性；在能量效率上，可重構計算接近專用計算電路。 研究內容： 1.  基于粗粒度可重構計算的計算密集型通信算法實現； 2.  粗粒度緊耦合多核可重構計算陣列硬件架構； 3.  高靈活性、高可擴展性的可重構片上存儲陣列硬件架構； 4.  低功耗可重構處理器片上負載均衡和資源管理。

面向日益復雜多樣的電子產品應用場景，電子設備的小型化進程不斷加快，對于高集成、多模式、多功能的芯片需求飛速高漲。本項研究成果針對生物醫療電子、個人無線體域網、近距離無感支付、車載定位、戰場實時感知、無人機導航等應用需求，提出一種超寬帶無線通信兼具FMCW雷達測距的復合型收發機創新性結構。收發機采用超寬帶射頻調頻+可再生型鑒頻技術，實現通信及雷達的共架構方案；提出多相中頻時差測距機理，將分辨率提高2個數量級，達到mm級精確測距，動態范圍擴大4倍；射頻前端基于電流共享技術，實現射頻振蕩器+功放、低噪放+鑒頻+混頻的一體化實現，系統功耗優化40%；提出子載波發生器+頻率校正環路的數字化復用結構，發射機可半數字化實現，從而得到一款支持無線數據傳輸、時差/頻差/相差雷達測距的極低功耗復用型收發芯片。 圖1.研制的通信+雷達集成收發機芯片顯微照片

研究背景 芯片是人類最偉大的發明之一，也是現代電子信息產業的基礎和核心。小到手機、電腦、數碼相機，大到6G、物聯網、云計算均基于芯片技術的不斷突破。半導體光刻工藝水平的發展是以芯片為核心的電子信息產業的基石，目前半導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，芯片內晶體管單元已經接近分子尺度，半導體制作工藝的“瓶頸效應”越來越明顯。隨著全球化以及科技的高速發展，急劇增長的龐大數據量要求數據處理模型和算法結構不斷優化升級，帶來的結果就是對計算能力和系統功耗的要求不斷提高。而目前智能電子設備大多存在傳輸瓶頸、功耗增加以及計算力瓶頸等現象，已越來越難以滿足大數據時代對計算力與功耗的需求，因此提高運算速度同時降低運算功耗是目前信息工業界面臨的緊要問題。 如當年集成電路開創信息時代一樣，當下已經普及的光通信正在成為新革命力量的開路先鋒。與此同時，光子芯片正在從分立式器件向集成光路演進，光子芯片向小型化、集成化的發展趨勢已是必然。相對于電子驅動的集成電路，光子芯片有超高速率，超低功耗等特點，利用光信號進行數據獲取、傳輸、計算、存儲和顯示的光子芯片，具有非常廣闊的發展空間和巨大的潛能。 項目功能 本項目瞄準光通信關鍵技術及核心芯片，基于量子阱二極管發光探測共存現象，探索關鍵微納制造技術，研制出可以同時實現通信、感知功能的一體化光電子芯片。 技術路線 一、技術原理及可行性 本項目主要負責人王永進教授發現如圖1所示的量子阱二極管發光探測共存現象，首次研制出同質集成發射、傳輸、調制和接收器件的光電子芯片，這些原創工作引起了業界相關科研小組地廣泛關注，化合物半導體同質集成光電子芯片成為研究熱點。香港大學的蔡凱威小組和申請人合作提出濕法刻蝕和激光選擇性剝離技術，在藍寶石氮化物晶圓上實現LED基同質集成光電子芯片(Optica 5, 564-569 (2018))。沙特阿卜杜拉國王科技大學Ooi教授和美國加州大學圣巴巴拉分校Nakamura教授小組在藍寶石氮化物晶圓上，研制出基于氮化物激光器的同質集成光電子芯片(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集成光電子芯片(IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 24, 8200305 (2018))。在NRZ-OOK調制方式下，InGaN/GaN量子阱二極管可實現Gbps的光發射、調制和探測速率(Appl. Phys. Express 13, 014001 (2020))。這些工作表明研發基于光子傳輸的化合物半導體同質集成光電子芯片以實現片上光子通信是可行的。   二、總體結構設計及工藝流程 本項目提出的同時通信/感知一體化光電子芯片基于常規的藍寶石襯底氮化鎵基多量子阱LED外延片進行設計，無需特殊定制的外延結構。以典型的2寸氮化鎵基藍光LED外延片為例，其外延片結構如圖2所示，從下至上依次為藍寶石襯底、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，通過調節InGaN/GaN多量子阱層的參數（層厚度與In的比例等等）可制備具有不同中心波長的光源器件。   圖3為本項目所提出的同時通信/感知一體化光電子芯片結構。在藍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微納加工技術，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直接與基板相連，光線從透明的藍寶石襯底發出，這樣不僅使得器件具有優良的電性能和熱特性而且簡化了其后期的封裝工藝。 三、技術創新優勢 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PD對藍寶石表面反射光線的耦合，提升感知系統性能，而且縮小了器件整體外形，符合集成電子器件小型化、便攜化的發展趨勢； 2、單片集成的LED和PD器件相比于傳統異質的、分立的LED和PD簡化了封裝形式和工藝，不再需要對LED和PD進行單獨的封裝，而且同質集成器件的基板也較異質結構的簡單統一，極大地縮短了集成系統的制作周期； 3、同時通信/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，簡化了生長異質材料的復雜性，縮短了器件流片的周期，使用同一工藝就可將LED和PD進行批量生產，有效地降低了生產成本。 四、實驗驗證 本項目團隊所在的Peter Grünberg研究中心擁有完整的LED器件制備、光電性能測試與電學性能測試平臺，并且項目成員積累了豐富的測試技術與經驗，能夠滿足本項目的同時通信/感知一體化光電子芯片測試同時表征光電參數與電學參數的需求。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，本項目利用單個多功能集成器件成功實現了對人體脈搏的監測功能，如圖5所示。   另外基于通信感知一體化氮化鎵光電子芯片，我們還實現了照明、成像和探測功能為一體的LED陣列系統，如圖6所示。該系統可以在點亮照明的同時，實現對外界光信號的探測與感知，通過后端系統處理后，再將信息通過陣列顯示出來，實現多種功能的集成。 項目負責人王永進教授是國家自然基金委優秀青年項目、國家973項目獲得者，他以第一或通訊作者身份在Light-Sci Appl.等主流學術期刊發表一系列高質量研究論文，獲授權中國發明專利23項，美國發明專利2項，被National Science Review、Semiconductor Today等做9次專題報道，榮獲2019年中國電子學會科學技術獎（自然科學）、2019年南京市十大重大原創成果獎等。

研發階段/n由于信息基礎設施建設環境復雜，以衛星移動通信為代表的空天地一體化網絡 建設成為首選。中科院計算所無線中心在已有成果的基礎上，重點提升衛星終端芯 片的產品化量產能力，實現終端芯片量產，并設計多類型衛星移動通信終端設備及 行業應用解決方案，填補我國衛星移動通信“產業空洞”。截止2017年底，項目成 功實現衛星移動通信終端基帶芯片Full Mask量產并推廣應用，占領產業鏈高端核 心器件供給；推出面向行業應用的手持、便攜、車載等多型終端解決方案，項目相 關成果目前依托產業化主體中科晶上實現產業

TDA（芯片熱設計自動化）軟件是清華航院曹炳陽教授團隊全自主研發的國際首個芯片跨尺度熱仿真與設計系統。TDA軟件可實現芯片從納米至宏觀尺寸的熱設計與仿真，支持芯片微納結構內部熱輸運過程的模擬研究，直接提高芯片熱仿真精度與結溫預測準確度，進而提高芯片性能、壽命和可靠性。

東南大學毫米波國家重點實驗室、移動通信國家重點實驗室和信號與信息處理實驗室，于2006年3月在國內首次成功地進行了多輸入多輸出（MIMO）移動通信系統試驗，實現了移動互聯網多業務演示，其主要技術指標頻譜利用率達到了3.3bps/Hz，物理層峰值速率達到4.272Mbps。

本實用新型提供了一種具有翻轉芯片功能的芯片吸取裝置，包括 Z 向高度調節與支撐機構、翻轉驅動機構、芯片吸取機構，Z 向高度調節與支撐機構將芯片吸取機構移動到適宜高度，翻轉驅動機構驅動芯片吸取機構旋轉，芯片吸取機構包括直線導向運動部件和芯片吸取元件，直線導向運動部件內設有直線軸承和彈簧，直線導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，再在翻轉驅動機構的作用下旋轉到達芯片供給位置。本實用新型一方面避免了非接觸式吸取的不可靠