5月15日消息(隽畅)当前,集成电路沿着摩尔定律发展已趋于极限,硅光技术作为光通信行业的一项尖端技术,其核心是“以光代电”、“光电融合”,可以满足数据中心、干线传输、城域传输三大应用场景对更低成本、更高集成、更低功耗、更高互联密度等需求,发展潜力巨大,前景广阔。
5月11日,CIOE中国光博会与C114通信网联合推出大型研讨会系列活动——“2023中国光通信高质量发展论坛”。大会期间,联合微电子中心有限责任公司(CUMEC)工程师肖志雄发表题为《面向数据中心应用的硅光技术》的报告,详细介绍了硅光技术与产业发展的现状。
数智化时代,硅光乘势而起
阿里巴巴达摩院发布的《2022十大科技趋势》提到:“在电子芯片的制程竞赛接近终点的情况下,硅光芯片将异军突起,融合光子和电子优势,突破摩尔定律限制,满足人工智能、云计算带来的爆发性算力需求。预计未来三年,硅光芯片将承载大型数据中心的高速信息传输。”
肖志雄表示,硅光主要具备两大优势。一是集成优势。硅光芯片的波导具有较大的折射率差,能够很好地限制光场,芯片尺寸能够做到很小。二是材料优势。硅材料价格低廉,与CMOS工艺兼容,具有规模生产优势,可以有效降低成本。
数智化时代,全球网络数据流量正以每三年翻一番的速度激增,硅光市场规模直接受益。Yole预估,2019年的硅光市场规模为4.8亿美元;预测2025年将达到39亿美元,年复合增长率达到42%。
与此同时,硅光的业务领域也在不断拓展。肖志雄介绍道:“2019年,硅光应用集中在数据中心光模块和长距离光传输模块;2025年,硅光应用预计扩展到光互联、无人驾驶Lidar、免疫测试、光纤陀螺和5G光模块等领域。”
硅光引领下一代数据中心发展风向
数据中心作为国家“新基建”的七大方向之一,被国家发改委明确定义为“新基建”中的算力基础设施,可不少传统数据中心难以调和强算力与低能耗之间的矛盾,升级受阻。在此背景下,硅光方案效率高、功耗少、成本低、尺寸小的特征将打破物理瓶颈,驱动数据中心高质量发展。
肖志雄指出,有六类硅光技术在数据中心得到应用。
第一类是光源技术。由于硅材料是间接带隙半导体,在通讯波段不具备发光能力,量子点结构方案是目前的重要研究方向。量子点的离散分布特点具有更好的位错容忍度,能够有效过滤未位错陷对有源区的影响,可以制造高性能的片上光源。
第二类是低损波导技术。低损耗的波导是硅光芯片的核心技术,较大的波导损耗会限制系统的规模。系统越大,波导损耗的影响就越明显。
第三类是耦合技术。主要的耦合技术分为光栅耦合和端面耦合,两类方案各有优势。光栅耦合适用于晶圆级测试,但光学带宽较小,需要将损耗降至最低,才能满足光模块应用。端面耦合的光学带宽很大,损耗也可以做到很小,但工艺以及晶圆级的测试难度较大。
第四类是高速调制技术。2004年,Intel公司提出MOS型电光调制器,首次将硅基电光调制器速率提高到Gb/s量级。此后,业界提出反向偏置的PN结构,消除载流子扩散效应,将调制速率提高到50Gb/s以上。当前,硅基电光调制器的速率可轻松突破100Gb/s。
第五类是高速解调技术。硅材料对通信波段透明,需要通过锗外延技术实现通信波段的高速探测。
第六类是无源器件技术。目前的研究热点是通过逆向设计使得硅光器件的结构更紧凑、性能更优越。
CUMEC助力硅光产业链培育与生态建设
全球光模块产业链分工明确,欧美日技术起步较早,专注于芯片和产品研发。中国在产业链中游优势明显,但难以分享上游的巨大价值。尽早形成硅光产业链,壮大生态,带动产业高质量发展,是我国光模块产业实现“换道超车”的重要前提。
肖志雄表示,CUMEC致力于走“超越摩尔+光电融合”技术路线,以硅基光电子、异质异构三维集成、CIS、智能传感等工艺技术和产品技术为核心,为客户提供一体化的解决方案,实现设计、制造、封装全链条的完整支撑。
据了解,CUMEC一期打造的8英寸90nm工艺线包括硅光前道区域、后道铜布线区域及3D集成区域,具备光刻、刻蚀、注入、扩散、薄膜、化学机械抛光(CMP)、外延等完整集成电路工艺制作能力和成套芯片测试分析能力,是国际先进、国内唯一一个具有完整自主知识产权的光电微系统先导工艺平台。
“目前,我们以关键核心工艺技术研发为主线,计划在2025年初步实现硅基混合集成芯片。”肖志雄透露,在混合集成取得技术突破后,CUMEC将继续发力光电单片集成,以期通过科技创新、技术进步推动硅光产业链发展,为整个生态的繁荣与壮大做出贡献。
免责声明:本网站内容主要来自原创、合作伙伴供稿和第三方自媒体作者投稿,凡在本网站出现的信息,均仅供参考。本网站将尽力确保所提供信息的准确性及可靠性,但不保证有关资料的准确性及可靠性,读者在使用前请进一步核实,并对任何自主决定的行为负责。本网站对有关资料所引致的错误、不确或遗漏,概不负任何法律责任。任何单位或个人认为本网站中的网页或链接内容可能涉嫌侵犯其知识产权或存在不实内容时,应及时向本网站提出书面权利通知或不实情况说明,并提供身份证明、权属证明及详细侵权或不实情况证明。本网站在收到上述法律文件后,将会依法尽快联系相关文章源头核实,沟通删除相关内容或断开相关链接。