यह कोई चिंताजनक बात नहीं है.
लिथियम नाइओबेट, या LiNbO₃, एक महत्वपूर्ण इलेक्ट्रो-ऑप्टिक सामग्री है। इसके उत्कृष्ट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रभाव, लगभग 2.2 के अपेक्षाकृत उच्च अपवर्तक सूचकांक, लगभग 350 एनएम से 5 माइक्रोन तक की विस्तृत पारदर्शिता विंडो और मजबूत रासायनिक स्थिरता के साथ, इसे लंबे समय से फोटोनिक्स समुदाय में "ऑप्टिकल सिलिकॉन" के रूप में माना जाता है। 1960 के दशक से, इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर में लिथियम नाइओबेट का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है।
हालाँकि, हालांकि लिथियम नाइओबेट सिस्टम स्तर पर अपरिहार्य रहा है, चिप-स्तरीय एकीकरण की लहर के दौरान यह लगभग तीन दशकों तक काफी हद तक पीछे रह गया था।
इसका कारण पारंपरिक बल्क लिथियम नाइओबेट मॉड्यूलेटर की सीमाएं हैं। ये उपकरण प्रकाश के चरण या तीव्रता को नियंत्रित करने के लिए विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके ऑप्टिकल संकेतों को नियंत्रित करते हैं। हालाँकि, सामग्री के भौतिक गुणों और पारंपरिक प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों की सीमाओं के कारण, थोक लिथियम नाइओबेट वेवगाइड आमतौर पर मिलीमीटर-से-सेंटीमीटर पैमाने पर होते हैं। यह ऑप्टिकल क्षेत्र और विद्युत क्षेत्र के बीच परस्पर क्रिया दक्षता को सीमित करता है, जिसका अर्थ है कि प्रभावी मॉड्यूलेशन के लिए अक्सर कई वोल्ट से लेकर दसियों वोल्ट तक के उच्च ड्राइविंग वोल्टेज की आवश्यकता होती है।
इसके अलावा, बड़े डिवाइस का आकार सिलिकॉन फोटोनिक्स प्लेटफार्मों के साथ एकीकृत करना मुश्किल बनाता है, जिससे चिप-स्तरीय ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में इसका अनुप्रयोग सीमित हो जाता है। पारंपरिक प्रसंस्करण विधियों के परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत उच्च वेवगाइड ट्रांसमिशन हानि होती है, जिससे डिवाइस की दक्षता और लंबी दूरी की ट्रांसमिशन प्रदर्शन सीमित हो जाती है।
परिणामस्वरूप, सिलिकॉन फोटोनिक्स, InP और SiN जैसे प्लेटफॉर्म तेजी से बढ़ने लगे, जबकि लिथियम नाइओबेट को एक समय उत्कृष्ट प्रदर्शन लेकिन खराब स्केलेबिलिटी और कम एकीकरण घनत्व वाली सामग्री के रूप में देखा जाता था।
महत्वपूर्ण मोड़ थिन-फिल्म लिथियम नाइओबेट या टीएफएलएन तकनीक की परिपक्वता के साथ आया।
पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट एक "लिथियम नाइओबेट-इन्सुलेटर-सब्सट्रेट" विषम संरचना पर आधारित है। क्रिस्टल आयन स्लाइसिंग और रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग जैसी उन्नत निर्माण तकनीकों के माध्यम से, एकल-क्रिस्टल लिथियम नाइओबेट पतली फिल्मों को थोक सामग्री से अलग किया जा सकता है और सिलिकॉन, नीलमणि, या सिलिकॉन डाइऑक्साइड जैसे सब्सट्रेट्स पर स्थानांतरित किया जा सकता है।
बल्क लिथियम नाइओबेट की तुलना में, पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट अधिक मजबूत ऑप्टिकल कारावास के साथ सबमाइक्रोन-स्केल वेवगाइड संरचनाओं को सक्षम बनाता है। यह ऑप्टिकल और इलेक्ट्रिकल क्षेत्रों के बीच इंटरेक्शन दक्षता को अक्सर दसियों गुना तक बढ़ा देता है, जिससे ड्राइविंग वोल्टेज और सिकुड़ते डिवाइस के आकार में काफी कमी आती है।
इसके अलावा, पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट का कम संचरण नुकसान इसे लंबी दूरी के फोटोनिक एकीकृत सर्किट में अद्वितीय लाभ देता है। सिलिकॉन-आधारित प्लेटफार्मों के साथ इसकी अनुकूलता विषम एकीकृत फोटोनिक्स के लिए एक नया मार्ग भी प्रदान करती है।
लिथियम नाइओबेट सिंगल-क्रिस्टल पतली फिल्म, स्रोत: जिनान जिंगझेंग इलेक्ट्रॉनिक्स कंपनी लिमिटेड।
कोई तकनीक लोकप्रिय होगी या नहीं यह आंशिक रूप से इस पर निर्भर करता है कि वह कितनी अच्छी है, और आंशिक रूप से इस पर कि क्या युग उसे सही अनुप्रयोग की मांग देता है।
कई प्रमुख प्रदर्शन संकेतकों को देखने पर, यह स्पष्ट हो जाता है कि 1.6T और 3.2T युग में TFLN को आक्रामक रूप से क्यों अपनाया जा रहा है:
उद्योग की मांग के नजरिए से, एआई कंप्यूटिंग शक्ति विस्फोटक रूप से बढ़ रही है। डेटा सेंटर ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट तेजी से 400G से 800G, 1.6T और यहां तक कि 3.2T में अपग्रेड हो रहे हैं। यह ठीक उसी प्रकार का युग है जिसके लिए पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट बनाया गया था।
उदाहरण के तौर पर आज के अत्यधिक चर्चित सह-पैकेज्ड ऑप्टिक्स या सीपीओ को लें। सीपीओ ऑप्टिकल इंजन को फ्रंट-पैनल प्लगेबल मॉड्यूल से सीधे स्विच चिप या एएसआईसी के समान पैकेज सब्सट्रेट पर ले जाता है। NVIDIA द्वारा अपने स्पेक्ट्रम-एक्स और क्वांटम श्रृंखला के लिए बड़े पैमाने पर सीपीओ समाधानों का उत्पादन करने का नेतृत्व करने के बाद, मापे गए परिणाम आश्चर्यजनक थे: सम्मिलन हानि लगभग 22 डीबी से घटकर लगभग 4 डीबी हो गई, सिग्नल अखंडता में लगभग 63 गुना सुधार हुआ, और सिस्टम ऑप्टिकल पावर दक्षता में 5 गुना तक की वृद्धि हुई।
हालाँकि, सीपीओ केवल मौजूदा ऑप्टिकल मॉड्यूल को एक नए स्थान पर "स्थानांतरित" करने का मामला नहीं है। पैकेज की मात्रा नाटकीय रूप से कम हो गई है, बिजली का बजट बेहद कम हो गया है, थर्मल स्थितियां कठोर हो गई हैं, और विद्युत वातावरण अत्यधिक मांग वाला हो गया है। ऑप्टिकल इंजन के अंदर प्रत्येक घटक को उसकी भौतिक सीमाओं की ओर धकेला जाता है।
यह इन नई बाधाओं के तहत है कि पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट बिल्कुल सही समय पर पहुंची। यह "प्रदर्शन बेंचमार्क" से "इंजीनियरिंग आवश्यकता" में विकसित हुआ है।
दूसरे शब्दों में, पतली-फिल्म लिथियम निओबेट न केवल इसलिए लोकप्रिय हो गया है क्योंकि यह पतला हो गया है, बल्कि इसलिए क्योंकि एआई कंप्यूटिंग बुनियादी ढांचा अंततः उस स्तर पर पहुंच गया है जहां इसे संरचनात्मक लोड-असर तकनीक के रूप में टीएफएलएन की आवश्यकता है।
यही कारण है कि हम देख रहे हैं कि NVIDIA कोहेरेंट और ल्यूमेंटम जैसी कंपनियों में 4 बिलियन अमेरिकी डॉलर का निवेश कर रहा है, ये दो कंपनियां वैश्विक हाई-एंड थिन-फिल्म लिथियम नाइओबेट मॉड्यूलेटर बाजार का लगभग 80% हिस्सा हैं।
यह कोई चिंताजनक बात नहीं है.
लिथियम नाइओबेट, या LiNbO₃, एक महत्वपूर्ण इलेक्ट्रो-ऑप्टिक सामग्री है। इसके उत्कृष्ट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रभाव, लगभग 2.2 के अपेक्षाकृत उच्च अपवर्तक सूचकांक, लगभग 350 एनएम से 5 माइक्रोन तक की विस्तृत पारदर्शिता विंडो और मजबूत रासायनिक स्थिरता के साथ, इसे लंबे समय से फोटोनिक्स समुदाय में "ऑप्टिकल सिलिकॉन" के रूप में माना जाता है। 1960 के दशक से, इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर में लिथियम नाइओबेट का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है।
हालाँकि, हालांकि लिथियम नाइओबेट सिस्टम स्तर पर अपरिहार्य रहा है, चिप-स्तरीय एकीकरण की लहर के दौरान यह लगभग तीन दशकों तक काफी हद तक पीछे रह गया था।
इसका कारण पारंपरिक बल्क लिथियम नाइओबेट मॉड्यूलेटर की सीमाएं हैं। ये उपकरण प्रकाश के चरण या तीव्रता को नियंत्रित करने के लिए विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके ऑप्टिकल संकेतों को नियंत्रित करते हैं। हालाँकि, सामग्री के भौतिक गुणों और पारंपरिक प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों की सीमाओं के कारण, थोक लिथियम नाइओबेट वेवगाइड आमतौर पर मिलीमीटर-से-सेंटीमीटर पैमाने पर होते हैं। यह ऑप्टिकल क्षेत्र और विद्युत क्षेत्र के बीच परस्पर क्रिया दक्षता को सीमित करता है, जिसका अर्थ है कि प्रभावी मॉड्यूलेशन के लिए अक्सर कई वोल्ट से लेकर दसियों वोल्ट तक के उच्च ड्राइविंग वोल्टेज की आवश्यकता होती है।
इसके अलावा, बड़े डिवाइस का आकार सिलिकॉन फोटोनिक्स प्लेटफार्मों के साथ एकीकृत करना मुश्किल बनाता है, जिससे चिप-स्तरीय ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में इसका अनुप्रयोग सीमित हो जाता है। पारंपरिक प्रसंस्करण विधियों के परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत उच्च वेवगाइड ट्रांसमिशन हानि होती है, जिससे डिवाइस की दक्षता और लंबी दूरी की ट्रांसमिशन प्रदर्शन सीमित हो जाती है।
परिणामस्वरूप, सिलिकॉन फोटोनिक्स, InP और SiN जैसे प्लेटफॉर्म तेजी से बढ़ने लगे, जबकि लिथियम नाइओबेट को एक समय उत्कृष्ट प्रदर्शन लेकिन खराब स्केलेबिलिटी और कम एकीकरण घनत्व वाली सामग्री के रूप में देखा जाता था।
महत्वपूर्ण मोड़ थिन-फिल्म लिथियम नाइओबेट या टीएफएलएन तकनीक की परिपक्वता के साथ आया।
पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट एक "लिथियम नाइओबेट-इन्सुलेटर-सब्सट्रेट" विषम संरचना पर आधारित है। क्रिस्टल आयन स्लाइसिंग और रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग जैसी उन्नत निर्माण तकनीकों के माध्यम से, एकल-क्रिस्टल लिथियम नाइओबेट पतली फिल्मों को थोक सामग्री से अलग किया जा सकता है और सिलिकॉन, नीलमणि, या सिलिकॉन डाइऑक्साइड जैसे सब्सट्रेट्स पर स्थानांतरित किया जा सकता है।
बल्क लिथियम नाइओबेट की तुलना में, पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट अधिक मजबूत ऑप्टिकल कारावास के साथ सबमाइक्रोन-स्केल वेवगाइड संरचनाओं को सक्षम बनाता है। यह ऑप्टिकल और इलेक्ट्रिकल क्षेत्रों के बीच इंटरेक्शन दक्षता को अक्सर दसियों गुना तक बढ़ा देता है, जिससे ड्राइविंग वोल्टेज और सिकुड़ते डिवाइस के आकार में काफी कमी आती है।
इसके अलावा, पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट का कम संचरण नुकसान इसे लंबी दूरी के फोटोनिक एकीकृत सर्किट में अद्वितीय लाभ देता है। सिलिकॉन-आधारित प्लेटफार्मों के साथ इसकी अनुकूलता विषम एकीकृत फोटोनिक्स के लिए एक नया मार्ग भी प्रदान करती है।
लिथियम नाइओबेट सिंगल-क्रिस्टल पतली फिल्म, स्रोत: जिनान जिंगझेंग इलेक्ट्रॉनिक्स कंपनी लिमिटेड।
कोई तकनीक लोकप्रिय होगी या नहीं यह आंशिक रूप से इस पर निर्भर करता है कि वह कितनी अच्छी है, और आंशिक रूप से इस पर कि क्या युग उसे सही अनुप्रयोग की मांग देता है।
कई प्रमुख प्रदर्शन संकेतकों को देखने पर, यह स्पष्ट हो जाता है कि 1.6T और 3.2T युग में TFLN को आक्रामक रूप से क्यों अपनाया जा रहा है:
उद्योग की मांग के नजरिए से, एआई कंप्यूटिंग शक्ति विस्फोटक रूप से बढ़ रही है। डेटा सेंटर ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट तेजी से 400G से 800G, 1.6T और यहां तक कि 3.2T में अपग्रेड हो रहे हैं। यह ठीक उसी प्रकार का युग है जिसके लिए पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट बनाया गया था।
उदाहरण के तौर पर आज के अत्यधिक चर्चित सह-पैकेज्ड ऑप्टिक्स या सीपीओ को लें। सीपीओ ऑप्टिकल इंजन को फ्रंट-पैनल प्लगेबल मॉड्यूल से सीधे स्विच चिप या एएसआईसी के समान पैकेज सब्सट्रेट पर ले जाता है। NVIDIA द्वारा अपने स्पेक्ट्रम-एक्स और क्वांटम श्रृंखला के लिए बड़े पैमाने पर सीपीओ समाधानों का उत्पादन करने का नेतृत्व करने के बाद, मापे गए परिणाम आश्चर्यजनक थे: सम्मिलन हानि लगभग 22 डीबी से घटकर लगभग 4 डीबी हो गई, सिग्नल अखंडता में लगभग 63 गुना सुधार हुआ, और सिस्टम ऑप्टिकल पावर दक्षता में 5 गुना तक की वृद्धि हुई।
हालाँकि, सीपीओ केवल मौजूदा ऑप्टिकल मॉड्यूल को एक नए स्थान पर "स्थानांतरित" करने का मामला नहीं है। पैकेज की मात्रा नाटकीय रूप से कम हो गई है, बिजली का बजट बेहद कम हो गया है, थर्मल स्थितियां कठोर हो गई हैं, और विद्युत वातावरण अत्यधिक मांग वाला हो गया है। ऑप्टिकल इंजन के अंदर प्रत्येक घटक को उसकी भौतिक सीमाओं की ओर धकेला जाता है।
यह इन नई बाधाओं के तहत है कि पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट बिल्कुल सही समय पर पहुंची। यह "प्रदर्शन बेंचमार्क" से "इंजीनियरिंग आवश्यकता" में विकसित हुआ है।
दूसरे शब्दों में, पतली-फिल्म लिथियम निओबेट न केवल इसलिए लोकप्रिय हो गया है क्योंकि यह पतला हो गया है, बल्कि इसलिए क्योंकि एआई कंप्यूटिंग बुनियादी ढांचा अंततः उस स्तर पर पहुंच गया है जहां इसे संरचनात्मक लोड-असर तकनीक के रूप में टीएफएलएन की आवश्यकता है।
यही कारण है कि हम देख रहे हैं कि NVIDIA कोहेरेंट और ल्यूमेंटम जैसी कंपनियों में 4 बिलियन अमेरिकी डॉलर का निवेश कर रहा है, ये दो कंपनियां वैश्विक हाई-एंड थिन-फिल्म लिथियम नाइओबेट मॉड्यूलेटर बाजार का लगभग 80% हिस्सा हैं।
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