打算速率比电子芯片快约1000倍，功耗却更低——光子芯片，成为当下各国争相布局的前沿家当。随着芯片技能升级迭代，光子芯片有望成为新一代信息领域的底层技能支撑，正催生一大批新运用、新家当，拥有巨大的市场前景。从中关村落前沿科技企业中科鑫通获悉，海内首条“多材料、跨尺寸”的光子芯片生产线估量将于2023年在京建成，补充我国在光子芯片晶圆代工领域的空缺。
芯片家当向“光”而行
普通地说，在传统的电子芯片中，数据传输的载体是电子，而在光芯片中，数据传输的载体变成了光子。相较于电子芯片，光子芯片具有高速并行、低功耗的上风，其运算速率及传输速率是电子芯片的1000倍，而功耗仅为电子芯片的九万分之一。
1965年，英特尔联合创始人戈登·摩尔提出摩尔定律，预测每隔18到24个月，芯片的晶体管密度就会增加一倍。摩尔定律此后不仅成为打算机处理器的制造准则，某种程度上也被看作科技行业发展的预言。然而，以硅为根本的电子芯片发展了几十年后，承载能力已经逼近物理理论的极限。光子芯片的涌现，被看作打破摩尔定律的主要路子之一。
一位芯片行业资深从业者先容，当电子通过晶体管等传统集成电路元件时，会碰着阻力并产生热量。随着设计者不断将更多元件添加到芯片之中，产生的热量自然会升高。电子这一特性乃至成为了微型芯片性能提升的障碍，同时也是打算性能耗高的紧张缘故原由。相较之下，光子芯片不存在电阻问题，因此其产生的热量更少、能耗更低、打算速率也更快。
环球威信IT咨询公司Gartner预测，到2025年环球光芯片市场规模有望达561亿美元（折合公民币约4041.16亿元）。中国工程院院士、清华大学教授罗毅此前在接管媒体采访时说，我国光电子芯片研究正和国际前辈水平“并跑”。
值得把稳的是，在制造工艺上，光子芯片对构造的哀求不像电子芯片那样严苛。“光子芯片不会像电子芯片那样必须利用极紫外光刻机（EUV）等极高真个光刻机，利用我国已经相对成熟的原材料和设备就能生产。”有二十余年芯片从业履历的中科鑫通微电子技能（北京）有限公司总裁隋军说。
多材料生产线有望补充空缺
正由于光子芯片的诸多上风，芯片由“电”到“光”的转换，被视为国产芯片实现打破的主要技能路线之一。北京市第十三次党代会报告中提到，“环绕光电子、生命科学、低碳技能等领域前瞻布局未来家当”。
在中科鑫通展厅，见到了不同大小的光子芯片晶圆。“加工后的晶圆经由切割等一系列工序后，就变成一颗颗芯片。”隋军说，与用来制作电子芯片的硅晶圆不同，光子芯片晶圆的衬底虽然也是硅，但是在衬底上还覆盖着一层氮化硅或薄膜铌酸锂等分外光电材料。
在创办中科鑫通前，隋军已深刻体会到海内企业在集成电路方面仍处于补短板的阶段。“在电子芯片领域，即便用同样的设备和材料，不同芯片代工厂生产出的芯片性能指标却大不相同，为什么？壁垒就在于工艺。”他说，目前的光子芯片家当发展中依然没有摆脱在设计和运用领域规模较大，而在设备、制造、封测等根本领域实力弱小的局势。
至今，我国尚没有一家专业的光子芯片代工企业，海内光子芯片行业尚未形成成熟的设计、代工、封测家当链。隋军透露，中科鑫通目前正预备培植海内首条“多材料、跨尺寸”光子芯片生产线，将于2023年培植完成，能知足通信、数据中央、激光雷达、微波光子、医疗检测等领域的市场需求。该生产线建成后，将补充我国在光子芯片晶圆代工领域的空缺，有望加速国产光子芯片替代的规模化进程。
光子芯片运用未来可期
芯片除了运用于通信、供电、温度湿度感应，还能进行病毒检测。一个月前，在中关村落前沿大赛集成电路领域决赛的舞台上，隋军在现场展示的生物光子芯片项目打开了不少人对芯片的想象空间。在光子芯片光波导上涂敷对病毒敏感的试剂，就能剖析出病毒生物分子的类型以及含量。
生物检测只是光子芯片的诸多运用处景之一。近年来，光子芯片的运用处景早已不局限于通信领域，广义上的光子芯片在工业、消费电子、汽车、国防等领域均有非常广泛的运用。例如在人工智能领域，光子芯片可运用于自动驾驶、语音识别、图像识别、医疗诊断、虚拟现实等。此外，现在的云打算和数据中央，已经大量采取了基于光子芯片的光收发模块，随着数据中央对付算力的需求进步神速，光子芯片也有望发挥更大的浸染。
“未来两三年，我们将充分利用已有科研成果，在诸如病毒快速检测、激光雷达、量子打算机、大容量数据通信等领域供应切实可靠的国产核心芯片与方案支撑，加速海内量子信息、人工智能以及6G等前沿领域的实用化与规模化发展。”隋军说。
