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李培刚

北京邮电大学教授、博士生导师

当下科技竞赛日趋激烈，最受人重视的芯片技能更是一日千里。当IBM研宣告2纳米制程芯片的音讯没有传开，台积电和其协作伙伴就宣告取得了1纳米以下制程芯片技能打破。业界普遍以为，人类正一步步迫临电子芯片的物理理论极限。

硅光芯片具有高运算速度、低功耗、低时延等特色，且不用寻求工艺尺度的极限缩小，在制作工艺上，也不用像电子芯片那样苛刻，有必要运用极紫外光刻机（EUV）。

那么，硅光芯片能否打破摩尔定律的“天花板”，拓荒新的“赛道”？

仍存需求打破的技能瓶颈

“硅光子技能的概念很早就有人提出了，可是要做好硅光芯片，并不是很简单。”北京邮电大学教授、博士生导师李培刚告知科技日报记者，早在上世纪90年代，IT从业者就开端为传统半导体芯片工业寻觅继任者，光子核算一度被以为是最有希望的未来技能。“因技能上的原因，直到21世纪初，以Intel和IBM为首的企业与学术组织才首先要点展开硅芯片光学信号传输技能，希望能用光通路代替芯片之间的数据电路。”李培刚说。

李培刚告知记者，硅光芯片制作技能是依据硅和硅基衬底资料，使用互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺进行光器材开发和集成的技能，其结合了集成电路技能超大规模、超高精度制作的特性和光子技能超高速率、超低功耗的优势，与现有的半导体晶圆制作技能是相得益彰的。

李培刚表明，我国十分重视硅光芯片工业的展开。但刚开端时，国内的高端硅光芯片以规划为主，流片首要仍是在国外，芯片制备的周期长、本钱高，约束了我国硅光子技能的展开，“加之国外约束我国的芯片技能展开，采取了一系列办法，对我国硅光芯片企业的展开造成了较严峻的影响。”

李培刚告知记者，硅光技能展开首要能够分为3个阶段：榜首，硅基器材逐渐代替分立元器材，即用硅把光通讯底层器材做出来，到达工艺的标准化；第二，集成技能从耦合集成向单片集成演进，完成部分集成，再把这些器材像乐高积木相同，经过不同器材的组合，集成不同的芯片；第三，光电一体技能交融，完成光电全集成化。把光和电都集成起来，完成愈加杂乱的功用。“现在硅光技能现已展开到了第二阶段。”李培刚说。

在他看来，尽管硅光技能日趋老练，硅光芯片行将进入规模化商用阶段，可是仍存在需求打破的技能瓶颈，如规划东西非标准化、硅光耦合工艺要求较高以及晶圆自动测试及切开等存在技能性应战。

李培刚以为，我国在硅光芯片的研制上现已取得了技能打破，但在工业化方面，国产硅光芯片工业化技能还存在一些问题，包含结构规划、制作工艺、器材封装和使用配套等，需求不断展开老练，“除了技能自身，硅光芯片的工业化也会遭到资料、工艺、配备、软件、人才以及商场生态等归纳要素的影响。所以，在对技能方面的研制进行投入之外，构成一个好的工业生态，建立渠道、优化生态，工业链上下游加大协作，关于硅光芯片的展开也是非常重要的。”李培刚说。

我国硅光芯片展开迅速

2017年11月28日，工信部正式批复赞同武汉建造国家信息光电子立异中心，该中心由光迅科技、烽烟通讯、利市光电等国内多家企业和研制组织一起参加建造，汇聚了国内信息光电子范畴逾越60%的立异资源，承载着处理我国信息光电子制作业“要害和共性技能协同研制”及“完成初次商业化”的战略使命，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第一批市级严重专项，投入许多经费，布局硅基光互连芯片的研制和出产，旨在打造硅光芯片全工业链，把握要害核心技能，让国内企业脱节对国外供货商的依靠。

2018年10月，由重庆市政府重磅打造的国家级国际化新式研制组织联合微电子中心有限责任公司在重庆注册建立，首期出资超100亿元。

工信部2017年末发布的《我国光电子器材工业技能展开路线图（2018—2022年）》指出，现在高速率光芯片国产化率仅3%左右，要求2022年中低端光电子芯片的国产化率逾越60%，高端光电子芯片国产化率打破20%。

在方针支撑下，我国硅光芯片展开迅速。2018年1月，国内榜首个硅光子工艺渠道在上海建立，缩小了我国在加工制作上与国外的距离。

2018年8月29日，我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，联合微电子中心有限责任公司完成了8英寸硅基光电子技能工艺渠道的通线。只是几个月，其自主开发的硅光工艺就到达了非常好的水平，并正式向全球盛大发布“180nm成套硅光工艺PDK”，这标志着该公司具有硅基光电子范畴全流程自主工艺制作才能，开端向全球供给硅光芯片流片服务。

国家层面，支撑硅光技能的利好方针接连不断，各地政府也纷繁入局。上海市明确提出展开光子芯片与器材，要点打破硅光子、光通讯器材、光子芯片等新一代光子器材的研制与使用，对光子器材模块化技能、依据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讨展开要点攻关。湖北省、重庆市、苏州市等政府都把硅光芯片作为“十四五”期间的要点展开工业。“依据各地的规划来看，很难看出各地布局实质性差异。各地将发挥自己原有的芯片工业根底，并活跃引入新的企业，各尽所能展开硅光芯片工业。”李培刚说。

光与电未来将携手共赢

硅光技能因其许多特性，现已成为业界下一个追逐的方针。跟着工业化技能的不断老练，工业环境不断优化，我国硅光芯片工业正蓄势待发。

依据英特尔的硅光子工业展开规划，硅光模块工业现已进入快速展开期。2022年，硅光子技能在每秒峰值速度、能耗、本钱方面将全面逾越传统光模块，猜测硅光模块的商场增速为40%，2024年到达39亿美元，到时有望占有全体商场规模的21%。

“现在来看，光和电是在两个‘赛道’上，各有自己的使用场景。在逻辑运算范畴，未来的趋势是光电集成，要完成全光核算还需求很长的一段时间。”李培刚说，光子集成电路尽管现在仍处于初级展开阶段，不过其成为光器材的干流展开趋势已成必定。

“整体来说，现在只在单个核算和传输范畴，光子芯片能够代替电子芯片。”李培刚说，在制作工艺上，两者尽管在流程和杂乱程度上类似，但光子芯片对结构的要求不像电子芯片那样苛刻，一般是百纳米级，“这大大降低了对先进工艺的依靠，在必定程度上缓解了当时芯片展开的瓶颈问题”。

“光有光的优势，电有电的优势。”李培刚说，在某些使用场景中，两者有竞赛，但更多的时分，二者是共赢联系。

“硅光芯片技能现在还没有电子芯片老练，所以不知道的要素许多，未来应把两者很好地衔接起来。”李培刚以为，电子集成电路和光子集成电路之间是互补的联系。“未来咱们能够充分使用光子集成电路高速率传输和电子集成电路多功用、智能化的长处，在新的‘赛道’上跑出更好成果。”李培刚说。

记者吴长锋

来历：科技日报