美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局最新啟動(dòng)的HAPPI計(jì)劃簡(jiǎn)介

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

引言
本文簡(jiǎn)介美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）最新啟動(dòng)的異構(gòu)自適應(yīng)光電接口（Heterogenous Adaptively Produced Photonic Interfaces, HAPPI）計(jì)劃。這一創(chuàng)新項(xiàng)目旨在通過(guò)光信號(hào)傳輸技術(shù)大幅提升微系統(tǒng)內(nèi)的信息移動(dòng)密度，有望為計(jì)算和通信技術(shù)的未來(lái)發(fā)展帶來(lái)革命性變革。


HAPPI計(jì)劃的必要性
隨著技術(shù)需求不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)電子互連在速度和效率方面已接近極限。DARPA的HAPPI計(jì)劃通過(guò)聚焦3D芯片間和芯片內(nèi)光學(xué)路由的開(kāi)發(fā)來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。這種方法有望提高效率，加快信息傳輸速度，同時(shí)減少電磁干擾的影響。

( T0 \/ I8 a# ?( K0 K計(jì)劃目標(biāo)
: m5 q9 T5 z& f% |0 Y; t7 _HAPPI計(jì)劃的主要目標(biāo)是將微系統(tǒng)內(nèi)的信息移動(dòng)密度提高1000倍。為實(shí)現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)，研究將集中在開(kāi)發(fā)先進(jìn)的3D光學(xué)路由概念，包括單個(gè)芯片內(nèi)部和不同芯片之間的路由。
5 J: M. \5 T8 A. O0 i
3 i& r3 q5 r; f& G  g計(jì)劃的重點(diǎn)領(lǐng)域包括：

高密度3D芯片光學(xué)鏈路

光電子集成芯片或光學(xué)中間層內(nèi)的多個(gè)路由平面

能夠穿越基板厚度的路由層間垂直連接

光子芯片間的表面耦合方法
[/ol]
值得注意的是，芯片到光纖的耦合和芯片到芯片的邊緣耦合不在本計(jì)劃范圍內(nèi)。
4 E0 L1 b" P) N, v3 u( N6 E
3 w: D& x7 ?* t1 e技術(shù)挑戰(zhàn)與解決方案
8 E$ W3 V8 }' v實(shí)現(xiàn)3D光學(xué)互連的主要挑戰(zhàn)之一是創(chuàng)建能夠適應(yīng)典型微系統(tǒng)錯(cuò)位的接口。這些錯(cuò)位可能由制造和Assembly過(guò)程的變異性引起，特別是在跨越光罩尺寸或晶圓尺寸系統(tǒng)的大型鏈路陣列中。

為解決這一問(wèn)題，HAPPI計(jì)劃將重點(diǎn)開(kāi)發(fā)：
0 d( `* [3 E7 h) f0 ]" o, i& r; w

本質(zhì)穩(wěn)健的接口設(shè)計(jì)

自適應(yīng)接口解決方案

這些方法旨在實(shí)現(xiàn)環(huán)境和機(jī)械穩(wěn)定的光學(xué)性能，同時(shí)保持與標(biāo)準(zhǔn)微電子制造和Assembly流程的兼容性。
, P: I& p# U3 o  M5 I6 m! d4 \
硬件演示
HAPPI計(jì)劃的一個(gè)關(guān)鍵方面是對(duì)硬件演示的重視。DARPA正在尋求使用可擴(kuò)展制造工藝的低損耗、高密度光學(xué)互連，且這些工藝需要與微電子兼容。這些演示對(duì)于證明所提出技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性很重要。

材料平臺(tái)和組件
3 E1 n& p# N. Q雖然HAPPI計(jì)劃沒(méi)有指定特定的材料平臺(tái)，但要求所采用的方法能夠與具有已驗(yàn)證光電子組件的光電子集成芯片平臺(tái)耦合。這些組件可能包括：

光源

放大器

調(diào)制器

多路復(fù)用器

濾波器

探測(cè)器

其他電光組件
[/ol]
! X- G) G+ L) P) z該計(jì)劃將聚焦于可見(jiàn)光或近紅外波段的光學(xué)波長(zhǎng)。但需要注意的是，HAPPI計(jì)劃不涉及有源光電子組件的開(kāi)發(fā)。


' x9 L" t# H# P潛在應(yīng)用
( n. i2 @( |4 p" G6 FHAPPI計(jì)劃所追求的進(jìn)展有望為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)啟新的系統(tǒng)架構(gòu)，包括：

信號(hào)處理

自由空間通信

遠(yuǎn)程感測(cè)

數(shù)字計(jì)算

原子傳感
8 [& S) Q4 u, J# T1 {, ~/ {[/ol]
( l$ ~$ R0 a! p* B" D這些應(yīng)用可能對(duì)軍事和民用技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，有望改變電信、數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算等領(lǐng)域。

  Z3 `4 H3 c2 k- Y結(jié)語(yǔ)
1 ~! D8 |" t" h4 RDARPA的HAPPI計(jì)劃聚焦3D光學(xué)互連和穩(wěn)健、自適應(yīng)的接口，這一計(jì)劃提高微系統(tǒng)內(nèi)的信息移動(dòng)密度。隨著計(jì)劃的推進(jìn)，有望看到突破性的進(jìn)展，為廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的更高效、更強(qiáng)大的系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。
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