随着电子芯片的发展逼近摩尔定律极限，曾在与电子芯片竞争中落后的光子芯片，逐步进入潜在颠覆性技术布局行列。近日，半导体巨头英特尔和英伟达宣布投资Ayar Labs，华为入股微源光子及长光华芯，格芯推出新硅光子技术，新思科推出全球首个开放式硅光子平台……一批国内外大厂加快对“光芯片”赛道的探索布局。
光子芯片的探索
芯片的种类非常多，根据不同材料，不同工艺制造出来的芯片可以发挥效果各异的性能。市面上最常见的芯片就是通过硅材料制造而成的电子芯片，在硅片晶圆上用光刻机曝光出芯片线路，然后在芯片制造过程中集成几十，上百亿根晶体管。
晶体管数量越多，发挥的电子传输速率就越高。可在有限的芯片尺寸中，晶体管的数量会因摩尔定律极限的到来而难以提升。一颗指甲盖大小的芯片能集成上百亿根晶体管已经是十分困难了，如果想继续突破，要么提升光刻机设备制程，要么提高制造工艺，不管是哪一个，都不是轻而易举的事情。
在这种情况下，采用不同材料，不同工艺的芯片制造方法被不断探索。比如用石墨烯材料制造出碳基芯片，还有在量子技术中探索量子芯片。除此之外，用砷化鎵等第二代半导体材料制造而成的光子芯片，也正在成为行业瞩目的焦点。
光子芯片的概念很好理解，其采用光波作为信息传输的载体，在集成光学中模拟光信号，最终作用在芯片上。光子芯片从材料到制造工艺，都和传统的电子芯片有很大的不同。
另外，光子芯片不需要依赖高端EUV光刻机，它的结构简单，几百纳米的制程工艺就能满足各行各业的需求。
国内首条多材料光子芯片生产线即将建成
据相关消息，目前正筹备建设国内首条“多材料、跨尺寸”光子芯片生产线，将于2023年在北京建设完成，能满足通信、数据中心、激光雷达、微波光子、医疗检测等领域的市场需求。
在诸如病毒快速检测、激光雷达、量子计算机、大容量数据通信等领域，光子芯片都有电子芯片不可比拟的优势。相较于电子芯片，光子芯片计算速度及传输速率是电子芯片的1000倍，而功耗仅为电子芯片的九万分之一。
从“电”到“光”的转变被视为国产芯片实现突破的重要技术路线之一，中国在微波射频系统、光通信、数据中心、卫星通信、智能网联汽车、人工智能、生命科学以及量子信息等领域的建设发展都有了十足的底气。
此生产线的建设，有望填补我国在光子芯片晶圆代工领域的空白，从而加速国产光子芯片替代传统电子芯片的规模化进程。
弯道超车，让光子芯片被寄予厚望
光子芯片主要有两种：光量子芯片和硅光芯片。不过，由于理论、技术等方面的原因，前者目前还停留在纸面上，国内正在筹备的这条光子芯片生产线，从介绍来看也属于硅光芯片的生产线。
与纯光子芯片不同，硅光芯片采用的是光电混合结构设计，在计算时，所有的指令、编译、软件都会先加载到电子芯片上进行处理，之后通过光信号进行计算，最后输出的依然还是电信号。
而在另一个方面，早在2016年，英特尔就已经成功推出了硅光子光学收发器。在之后的几年里，英特尔的相关产品不断推陈出新，并已在研发更加先进的光电共封技术。
除此之外，Ayar Labs、思科等厂商，也已在硅光芯片领域有所成绩。
热门跟贴