光芯片是什么技術(shù)?

圖一 光芯片是什么技術(shù)

“光芯片”不是硅晶圓芯片，與大家經(jīng)常聽說的臺(tái)積電制造的芯片、麒麟處理器等是完全不同的，下文具體說一說。

1、什么是光芯片？

根據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易協(xié)會(huì)的說法，全球半導(dǎo)體細(xì)分為四個(gè)領(lǐng)域：集成電路、光電子、分立器件、傳感器。其中光電在占整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的比例在7%~10%之間，華為在英國(guó)建立的光芯片工廠主要生產(chǎn)光電子通信芯片。我們關(guān)注度比較高的CPU、GPU、手機(jī)處理器等都是屬于集成電路。

光芯片用于完成光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，是核心器件，分為有源光芯片和無源光芯片。光芯片包括了激光器、調(diào)制器、耦合器、波分復(fù)用器、探測(cè)器等。在運(yùn)營(yíng)商的核心交換網(wǎng)設(shè)備、波分復(fù)用設(shè)備、以及即將普及的5G設(shè)備中有大量的光芯片。

2、光芯片是5G時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)只掌握了10Gbps速率及其以下的激光器、探測(cè)器、調(diào)制器芯片能力，高端光芯片領(lǐng)域與歐美國(guó)家落后1~2代，生產(chǎn)制造方面，光芯片流片嚴(yán)重依賴美國(guó)、新加坡等國(guó)。

在路由器、基站、傳輸系統(tǒng)、接入網(wǎng)等光網(wǎng)絡(luò)核心建設(shè)中，光器件成本占比高達(dá)60%以上。光模塊是5G最重要的一部分，要想在5G時(shí)代獲得超額利潤(rùn)，就必須在上游芯片和核心器件布局和延伸。

圖二 光芯片是什么技術(shù)

3、為何建立在英國(guó)？

1）方便出口到西方國(guó)家

將工廠建立在英國(guó)，那么英國(guó)工廠將會(huì)受到英國(guó)的監(jiān)控，經(jīng)過英國(guó)的監(jiān)控的芯片方便在西方國(guó)家出售。中國(guó)本土也可以生產(chǎn)相關(guān)芯片，但是因?yàn)?ldquo;安全”問題，可能只能在中國(guó)或者一些友好國(guó)家銷售。

2）歐洲光芯片技術(shù)領(lǐng)先

在光芯片領(lǐng)域，歐洲具有領(lǐng)先的技術(shù)，早在2012年，華為就收購(gòu)了英國(guó)集成光電子器件公司，該公司擁有全球領(lǐng)先的光電子研究實(shí)驗(yàn)室，大大提升了華為在光學(xué)研發(fā)領(lǐng)域的能力。

華為自建光芯片工廠，初期成本巨大，但是長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，是一個(gè)雙贏的結(jié)果，將大幅減少供應(yīng)商的依賴，同時(shí)在英國(guó)建廠，可以在一定程度上減少西方國(guó)家的顧慮。

目前芯片用的材料是硅，當(dāng)發(fā)展到5納米以下的制程后，這種材料無法滿足工藝要求，就會(huì)被淘汰，尋找其它材料來取代。新型的光子材料極有可能用于芯片的制造，被稱之為光子芯片。

光子芯片為何會(huì)替代原有材料

5納米的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)間隔尺寸已經(jīng)很接近原子的距離，使用原有的硅晶原材料尺寸已經(jīng)很微小，柵極尺寸太短，電流很容易將薄氧層擊穿，造成兩極短路。還有一種情況就是容易造成晶體管的金屬薄膜針被電流熔斷，造成兩極開路。這些問題涉及了極限尺寸，已經(jīng)沒有辦法用技術(shù)的手段做改進(jìn)，只能尋找新的材料替代。

光子芯片的技術(shù)原理

光子芯片利用半導(dǎo)體發(fā)光，結(jié)合光的速度和帶寬，具備了抗干擾性和快速傳播的特性。光子技術(shù)在多個(gè)應(yīng)用上的低功耗、低成本是最大的優(yōu)勢(shì)。在運(yùn)行平臺(tái)上，某一個(gè)區(qū)域可以同時(shí)完成很多的維納量級(jí)，以光子為載體的信息功能分支機(jī)構(gòu)，形成一個(gè)整體，具備大型綜合運(yùn)算能力的光子芯片。由于信息時(shí)代人工智能大數(shù)據(jù)的發(fā)展，光子載體的各個(gè)分支數(shù)據(jù)流量已達(dá)到滿載，就要用集成技術(shù)將微納級(jí)的光子導(dǎo)入到芯片內(nèi)部，成為納米級(jí)的光子芯片。

圖三 光芯片是什么技術(shù)

我國(guó)光子芯片的發(fā)展?fàn)顩r

目前我國(guó)已有幾家企業(yè)在研發(fā)光子芯片相關(guān)的項(xiàng)目，像光速的收發(fā)模塊、光處理模塊已取到了突破性進(jìn)展�？蒲袡C(jī)構(gòu)已經(jīng)投入開發(fā)的硅光子芯片平臺(tái)，可以完成100bps的光子芯片試制，測(cè)試平臺(tái)也在搭建中，預(yù)計(jì)2021年可以完成研發(fā)工作。

若干年后，如果光子芯片能取代傳統(tǒng)芯片，這項(xiàng)顛覆性的技術(shù)將芯片的高性能、低功耗發(fā)揮到極致