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克服这四大技术难题,借助硅光芯片亦可弯道超车

作者:时间:2018-09-06来源:OFweek电子工程网 收藏

  电子技术自发明以来,广泛应用于生活中的方方面面,如今已经成为我们不可或缺的一部分。从1947年,威廉·邵克雷、约翰·巴顿和沃特·布拉顿成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管;到1961年,第一个集成电路专利被授予罗伯特·诺伊斯;再到1971年:英特尔发布了其第一个微处理器4004……电子产业发展至今也有七十多年的历史,其中电子芯片作为电子技术的核心,也有四十多年的产业积累。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201809/391584.htm

  借助实现弯道超车

  随着我国将芯片列为国家重点规划产业,“中国芯”三个字一直是我们的梦想,由于产业与技术的局限,这个梦想并没有那么容易实现。有激情、梦想是好事,但认清现实更有助于我国的芯片产业发展,想在电子芯片上短时间超越欧美日韩等世界顶尖国家无异于痴人说梦。

  尽管如此,但我们并非全无机会,借助实现弯道超车,这不失为一个捷径。

克服这四大技术难题,借助硅光芯片亦可弯道超车

  是光子芯片中最常见的一种,这种芯片利用的是半导体发光技术。2016 年,科学家们提出了一种使用光子代替电子为理论基础的计算芯片架构,由于光和透镜的交互作用过程本身就是一种复杂的计算,并使用多光束干涉技术,就可让相关系寻反应所需要的计算结果,这种芯片架构也叫可程序设计纳米光子处理器。

  近日,有媒体报道,我国自行研制成功的“100G硅光收发芯片”正式投产使用。据OFweek电子工程网获悉,这款硅光芯片面积不到30平方毫米,但是上面集成了光发送、调制、接收等六十多个有源和无源光元件,是目前国际上已报道的集成度最高的商用硅光子集成芯片之一。

  能取得这样的成绩并不惊讶,因为我国对硅光芯片产业非常重视。一方面是由于我国是通讯大国,通讯技术是衡量大国的关键指标之一,而光通信最关键的技术就是光子芯片;另一方面是我国电子芯片产业相对薄弱,全球光子芯片产业刚刚起步,对于我们并肩欧美甚至赶超,这是一个很好的超车机遇。

  我们要想真正在硅光芯片上成为全球的领导者,不是砸点资金和人力就可以实现。因为目前美国、日本在这个产业上也投入了重金和精力,中国的优势并不明显,甚至有点落后。目前,国内仅有光迅科技、海信、华为、烽火等少数厂商可以生产中高端芯片,但总体供货有限,高端芯片严重依赖于博通、三菱等美日公司。

  好消息是,我国的硅光芯片产业布局越来也完善,我国被称为“光芯”的城市约有六座,目前,已经形成武汉、大连、上海、南通等全球知名的光子芯片产业链。

克服这四大技术难题,借助硅光芯片亦可弯道超车

  硅光芯片发展的四大技术难题

  一、硅光子芯片技术的设计痛点

  硅光芯片的设计方面面临着架构不完善、体积和性能平衡等难题。硅光芯片的设计方案有三大主流:前端集成、混合集成和后端集成。前端集成的缺点是面积利用率不高、SOI衬底光/电不兼容、灵活性低和波导掩埋等,在工艺上的成本超高;后端集成在制造方面难度很大,尤其是波导制备目前而言很有挑战;至于混合集成,虽然工艺灵活,但成本较高,设计难度大。

  二、硅光子芯片技术的制造难题

  硅光芯片的制造工艺面临着自动化程度低、产业标准不统一、设备紧缺等技术难关。由于光波长难以压缩,过长的波长限制芯片体积微缩的可能。同时光学装置须要更精确的做工,因为光束传输的些微偏差会造成巨大的问题,相对需要高技术及高成本。光子芯片相关的制程技术尚有待完善,良品率和成本将是考验产业的一大难题。

 三、硅光子芯片面临的封装困扰

  芯片封装是任何芯片的必经流程,关于硅光子的芯片封装问题,这是目前行业的一大痛点。硅光芯片的封装主要分为两个部分,一部分是光学部分的封装,一部分是电学部分的封装。从光学封装角度来说,因为硅光芯片所采用的光的波长非常的小,跟光纤存在着不匹配的问题,与激光器也存在着同样的问题;不匹配的问题就会导致耦合损耗比较大,这是硅光芯片封装与传统封装相比最大的区别。用硅光做高速的器件,随着性能的不断提升,pin的密度将会大幅度增加,这也会为封装带来很大的挑战。

  四、产业相关的器件难题

  硅光芯片需要的器件很多,而目前仍有很多相关技术难题未解决。如硅基光波导主要面临的产品化问题:硅基光电子需要小尺寸、大带宽、低功耗的调制器。有源光芯片、器件与光模块产品是重点器件,如陶瓷套管/插芯、光收发接口等组件技术目前尚未完全掌握。

克服这四大技术难题,借助硅光芯片亦可弯道超车

  综述:在摩尔定律的推动下,经过几十年的发展,电子芯片逐渐遇到性能瓶颈,尤其是速度与大数据带来的巨大压力。光子芯片具有明显的速度优势,可使芯片运算速度得到巨大提升。伴随着人工智能、物联网发展,光子芯片在智能终端、大数据、超算等领域将发挥巨大作用。

  正是有着如此多的优势和特点,在大数据、生命科学、激光武器等高端领域其作用不可替代。未来,光子芯片的前景广阔,其应用未必比电子芯片少。可以预见的是, 将来是一个光子芯片、电子芯片平分天下的局面。



关键词: 硅光芯片

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