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随着AI集群规模持续扩张，芯片间数据传输正成为限制下一代计算性能的核心瓶颈之一。传统电互连在带宽密度、功耗和热管理方面面临日益严峻的挑战，而光互连被视为突破这一瓶颈的关键路径。
近日，复旦大学田朋飞教授团队与北京大学沈波教授团队联合攻关，成功研发出基于金刚石衬底的长波长InGaN Micro-LED光互连平台，相关成果发表于Nature Communications，被期刊编辑推荐为编辑精选（Featured）论文。
从论文到产品：颠覆式突破如何走出实验室
田朋飞教授课题组长期深耕第三代半导体Micro-LED器件领域。此次发表于Nature Communications的研究，融合了长波长InGaN外延、三量子阱有源区设计、金刚石异质集成、转移印刷以及双光子微透镜制造等多项关键技术。
与传统VCSEL或硅光解决方案不同，Micro-LED具有无阈值工作、极小的器件电容、优异的CMOS兼容性以及天然的二维可扩展性，使其成为高密度光互连架构的理想候选方案。
所制备器件的关键性能指标为，黄光Micro-LED调制带宽达到2.85 GHz，红光Micro-LED调制带宽达到2.59 GHz，实现1.5 Gbps光传输，驱动电流密度低至6.25 A/cm²，发射端能效低至0.056 pJ/bit。
在6.25 A/cm²的极低电流密度下，黄光Micro-LED电-光调制带宽达到2850.4 MHz，为迄今已报道的同等电流密度条件下Micro-LED带宽的国际最高值，为实现超低功耗Micro-LED光互连奠定了器件基础。
在此基础上，团队搭建了完整光互连系统，在1.5 Gbps通信速率下经通信链路与算法优化，发射端能效达到0.056 pJ/bit，为目前已报道的Micro-LED光互连最低功耗纪录。
研究同时表明，金刚石衬底有效抑制了自热效应，相比传统玻璃衬底显著改善了热管理能力，从而实现了高速运行。这是首次将长波长InGaN Micro-LED、金刚石集成、转移印刷与光通信整合为统一平台，服务于未来光输入输出应用的工作。
目前团队正进一步优化系统算法，推进CMOS驱动电路与Micro-LED阵列的单片/异质集成，预期近期可构建1.6 Tbps量级的光互连系统样机，为下一代AI算力集群的CPO与芯片间光I/O提供国产可落地方案。
传承“中国电光源之父”精神
田朋飞教授现任复旦大学电光源研究所支部书记——研究所由“中国电光源之父”蔡祖泉先生1978年创立，而从蔡先生1960年研制出我国第一盏“争气灯”算起，到今日金刚石基Micro-LED攻关AI光互连，已跨越逾一甲子，恰是复旦电光源学脉的传承与跃升。
这一落地同时依托于田朋飞团队在 Micro-LED 光通信领域近二十年的持续耕耘——团队先后实现单颗蓝光Micro-LED通信速率>10 Gbps、绿光>9 Gbps等单器件国际领先成果，并完成2通道20 Gbps、16通道37 Gbps多通道系统验证，在高带宽InGaN材料外延、器件结构、探测器集成及通信系统算法等核心环节形成完整技术积累；其中多通道阵列化正是推进Tbps级光互连系统的关键路径，此次金刚石基长波长器件的突破与前述积累叠加，为Nature Communications级别的延续与跃升。
依托该技术，团队孵化成立光擎源（上海）科技有限公司（全球品牌Nexilumen），由复旦科创和复容投资共同完成数千万元种子轮投资。光擎源已成为未来谷C8创新源首批八大重点未来产业项目之一，正式入驻运营。
