北京邮电大学教授、博士生导师
当下科技竞争日趋激烈，最受人关注的芯片技能更这天月牙异。当IBM研发出2纳米制程芯片的尚未传开，台积电和其互助伙伴就宣告取得了1纳米以下制程芯片技能打破。业内普遍认为，人类正一步步逼近电子芯片的物理理论极限。
硅光芯片具有高运算速率、低功耗、低时延等特点，且不必追求工艺尺寸的极限缩小，在制造工艺上，也不必像电子芯片那样严苛，必须利用极紫外光刻机（EUV）。
那么，硅光芯片能否打破摩尔定律的“天花板”，开辟新的“赛道”？
仍存须冲要破的技能瓶颈
“硅光子技能的观点很早就有人提出了，但是要做好硅光芯片，并不是很随意马虎。”北京邮电大学教授、博士生导师李培刚见告科技日报，早在上世纪90年代，IT从业者就开始为传统半导体芯片家当探求继任者，光子打算一度被认为是最有希望的未来技能。“因技能上的缘故原由，直到21世纪初，以Intel和IBM为首的企业与学术机构才率先重点发展硅芯片光学旗子暗记传输技能，期望能用光通路取代芯片之间的数据电路。”李培刚说。
李培刚见告，硅光芯片制造技能是基于硅和硅基衬底材料，利用互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺进行光器件开拓和集成的技能，其结合了集成电路技能超大规模、超高精度制造的特性和光子技能超高速率、超低功耗的上风，与现有的半导体晶圆制造技能是相辅相成的。
李培刚表示，我国十分重视硅光芯片家当的发展。但刚开始时，海内的高端硅光芯片以设计为主，流片紧张还是在国外，芯片制备的周期长、本钱高，制约了我国硅光子技能的发展，“加之国外限定中国的芯片技能发展，采纳了一系列方法，对我国硅光芯片企业的发展造成了较严重的影响。”
李培刚见告，硅光技能发展紧张可以分为3个阶段：第一，硅基器件逐步取代分立元器件，即用硅把光通信底层器件做出来，达到工艺的标准化；第二，集成技能从耦合集成向单片集成演进，实现部分集成，再把这些器件像乐高积木一样，通过不同器件的组合，集身分歧的芯片；第三，光电一体技能领悟，实现光电全集成化。把光和电都集成起来，实现更加繁芜的功能。“目前硅光技能已经发展到了第二阶段。”李培刚说。
在他看来，只管硅光技能日趋成熟，硅光芯片即将进入规模化商用阶段，但是仍存在须冲要破的技能瓶颈，如设计工具非标准化、硅光耦合工艺哀求较高以及晶圆自动测试及切割等存在技能性寻衅。
李培刚认为，我国在硅光芯片的研发上已经取得了技能打破，但在家当化方面，国产硅光芯片家当化技能还存在一些问题，包括构造设计、制造工艺、器件封装和运用配套等，须要不断发展成熟，“除了技能本身，硅光芯片的家当化也会受到材料、工艺、装备、软件、人才以及市场生态等综称身分的影响。以是，在对技能方面的研发进行投入之外，形成一个好的家当生态，搭建平台、优化生态，家当链高下游加大互助，对付硅光芯片的发展也是非常主要的。”李培刚说。
我国硅光芯片发展迅速
2017年11月28日，工信部正式批复赞许武汉培植国家信息光电子创新中央，该中央由光迅科技、烽火通信、亨通光电等海内多家企业和研发机构共同参与培植，汇聚了海内信息光电子领域超过60%的创新资源，承载着办理我国信息光电子制造业“关键和共性技能协同研发”及“实现首次商业化”的计策任务，着力破解信息光电子“缺芯”的局势。
2017年，上海市政府将硅光子列入首批市级重大专项，投入大量经费，布局硅基光互连芯片的研发和生产，旨在打造硅光芯片百口当链，节制关键核心技能，让海内企业摆脱对国外供应商的依赖。
2018年10月，由重庆市政府重磅打造的国家级国际化新型研发机构联合微电子中央有限任务公司在重庆注册成立，首期投资超100亿元。
工信部2017年底发布的《中国光电子器件家当技能发展路线图（2018—2022年）》指出，目前高速率光芯片国产化率仅3%旁边，哀求2022年中低端光电子芯片的国产化率超过60%，高端光电子芯片国产化率打破20%。
在政策支持下，我国硅光芯片发展迅速。2018年1月，海内第一个硅光子工艺平台在上海成立，缩小了我国在加工制造上与国外的差距。
2018年8月29日，中国信科宣告我国首款商用“100G硅光收发芯片”正式投产。
2019年9月，联合微电子中央有限任务公司实现了8英寸硅基光电子技能工艺平台的通线。仅仅几个月，其自主开拓的硅光工艺就达到了非常好的水平，并正式向环球隆重发布“180nm成套硅光工艺PDK”，这标志着该公司具备硅基光电子领域全流程自主工艺制造能力，开始向环球供应硅光芯片流片做事。
国家层面，支持硅光技能的利好政策纷至沓来，各地政府也纷纭入局。上海市明确提出发展光子芯片与器件，重点打破硅光子、光通讯器件、光子芯片等新一代光子器件的研发与运用，对光子器件模块化技能、基于CMOS的硅光子工艺、芯片集成化技能、光电集成模块封装技能等方面的研究开展重点攻关。湖北省、重庆市、苏州市等政府都把硅光芯片作为“十四五”期间的重点发展家当。“根据各地的方案来看，很丢脸出各地布局本色性差异。各地将发挥自己原有的芯片家当根本，并积极引进新的企业，各尽所能发展硅光芯片家当。”李培刚说。
光与电未来将携手共赢
硅光技能因其诸多特性，已经成为业界下一个追逐的目标。随着家当化技能的不断成熟，家当环境不断优化，我国硅光芯片家当正蓄势待发。
根据英特尔的硅光子家当发展方案，硅光模块家当已经进入快速发展期。2022年，硅光子技能在每秒峰值速率、能耗、本钱方面将全面超越传统光模块，预测硅光模块的市场增速为40%，2024年达到39亿美元，届时有望霸占整体市场规模的21%。
“目前来看，光和电是在两个‘赛道’上，各有自己的运用处景。在逻辑运算领域，未来的趋势是光电集成，要实现全光打算还须要很长的一段韶光。”李培刚说，光子集成电路虽然目前仍处于低级发展阶段，不过其成为光器件的主流发展趋势已成一定。
“总体来说，目前只在个别打算和传输领域，光子芯片可以替代电子芯片。”李培刚说，在制造工艺上，两者虽然在流程和繁芜程度上相似，但光子芯片对构造的哀求不像电子芯片那样严苛，一样平常是百纳米级，“这大大降落了对前辈工艺的依赖，在一定程度上缓解了当前芯片发展的瓶颈问题”。
“光有光的上风，电有电的上风。”李培刚说，在某些运用处景中，两者有竞争，但更多的时候，二者是共赢关系。
“硅光芯片技能目前还没有电子芯片成熟，以是未知的成分很多，未来应把两者很好地衔接起来。”李培刚认为，电子集成电路和光子集成电路之间是互补的关系。“未来我们可以充分利用光子集成电路高速率传输和电子集成电路多功能、智能化的优点，在新的‘赛道’上跑出更好成绩。”李培刚说。
吴长锋
来源： 科技日报
