重磅!我國科學家研發全球首款6G芯片

　　在下一代無線通信(6G)時代，無論在密集城市樓群還是偏遠山區，都需要數據的高速傳輸和快速接入，但傳統基于純電技術的無線設備帶寬受限、頻段單一，難以動態調度頻譜資源。

　　北京大學王興軍教授—舒浩文研究員和香港城市大學王騁教授聯合團隊27日晚于《自然》在線發表科研成果——他們在國際上研制出首款基于光電融合集成技術的自適應全頻段高速無線通信芯片，為6G通信技術實用化奠定了顛覆性的硬件基礎。

　　一片僅有指甲蓋大小的芯片，竟能游刃有余地調度從微波、Sub 6 GHz到毫米波甚至太赫茲的全頻段資源，以超過120 Gbps的極速傳輸數據，徹底打破了傳統電子器件“一個頻段一套設備”的僵局。

　　“當前我們正步入一個萬物互聯的時代，未來6G網絡不僅要支撐虛擬現實、智慧工廠等對帶寬和時延極其敏感的應用，還要在密集偏遠山區、深海空天等復雜環境中實現廣域覆蓋。”王興軍介紹，不同頻段各有優劣：高頻段數據資源豐富、速率極高，卻難以遠距傳輸;低頻段穿透性強、覆蓋廣，卻容量有限。傳統基于純電子技術的無線設備受限于材料和結構，往往只能“守”在一個頻段工作，導致系統復雜、設備冗贅、難以動態調度頻譜資源。真正實現“全頻段自適應利用”，始終是橫亙于產業界與學術界面前的核心難題。

　　研究團隊巧妙地選擇了光電融合這條路。他們利用先進的薄膜鈮酸鋰光子材料，提出“超寬帶光電融合無線收發引擎”這一全新架構。該芯片最關鍵的突破在于實現了頻率可廣泛、快速、精準重構的片上集成光電振蕩器(OEO)。

　　“該系統借助高精度光學微環‘鎖定’頻率，能在0.5 GHz至115 GHz近乎八個倍頻程的超寬范圍內，快速、精準、低噪聲地生成任意頻點的通信信號，是迄今為止任何其他平臺或技術方案無法企及的里程碑式突破。它從原理上規避了高頻段噪聲累積的業界經典難題，使得在115 GHz這樣的極高頻率下，信號質量仍然穩定如初。這意味著，只需單一芯片，即可替代以往多套不同頻段無線設備的功能，真正實現‘一芯多用’、動態調頻，在尺寸、功耗與性能之間取得前所未有的平衡。”舒浩文說。

　　在實際測試中，該系統表現出了驚人的性能一致性：全頻段內通信質量平滑穩定，高端頻段未有衰減，大于120 Gbps的傳輸速率已完全達到6G通信的峰值指標要求。“這也代表著，太赫茲通信走向實用再添關鍵砝碼。不僅如此，該芯片還展現出強大的‘環境智能’：當某一頻段受到干擾或阻塞，系統可實時、自動跳頻至清晰頻段，像一位經驗豐富的‘老司機’在擁堵頻譜中靈活變道，始終保持通信暢通無阻。”王騁表示。

　　“這項技術的意義遠超高速傳輸本身。這種全頻段重構的解決方案將催生更靈活、智能的AI無線網絡，有望重塑未來無線通信格局。”王興軍透露，它第一次為真正意義上的“AI原生網絡”奠定了硬件基礎——可通過內置算法動態調整通信參數，應對復雜電磁環境;也是通信—感知一體化系統的理想載體，使得未來基站和車載設備在傳輸數據的同時，能精準感知周圍環境，真正實現“通信即感知”。而從產業角度看，這項突破將強力拉動寬頻帶天線、光電集成模塊等關鍵部件升級，帶來從材料、器件到整機、網絡的全鏈條變革。

　　下一步，團隊將推進激光器、光電探測器和天線的一體化單片集成，目標是做出像U盤一樣“即插即用”的智能通信模組，可嵌入從手機、移動基站到無人機、物聯網設備的任何終端中。“我們期待，這項研究能成為下一代無線通信技術革命的技術引擎，帶動整個產業生態的協同創新與跨越式發展。”王興軍說。

　　來源：光明日報全媒體記者晉浩天 圖片：題圖由AI生成