本文来自微信公众号“维科网光通讯”，【作者】Evelyn。
继上月末国内首条光子芯片中试线在无锡市滨湖区正式启用之后，光芯片领域再传一重磅利好消息——九峰山实验室实现异质集成“芯片出光”！
2024年9月，该实验室成功将激光光源集成至硅基芯片内部，这标志着国内在该项技术上取得了首次成功。
▲九峰山实验室8寸硅基片上光源芯片晶圆
这一技术被业界誉为“芯片出光”，它利用传输性能更优的光信号替代电信号，旨在解决当前芯片间电信号传输已逼近物理极限的问题，被视为颠覆性技术。该技术对数据中心、算力中心、CPU/GPU芯片、AI芯片等领域将产生深远影响，推动其革新发展。
随着AI和半导体行业的持续升温，光芯片已成为热门焦点。
在此前不久的Hotchips芯片盛会上，光芯片互联技术亦备受瞩目，“领头羊”中不乏特斯拉、博通、openAI和英特尔等大厂的身影。这些厂商的积极布局，让不少人嗅到了光芯片互联爆发前夕的味道。但其实在不少人看来，这还为时过早。
01 突破光芯片异质集成“无人区”
当前，硅光全集成平台的开发面临的最大挑战在于高效发光的硅基片上光源的研发与集成。
九峰山实验室硅光工艺团队携手合作伙伴，经过近十年的不懈努力，成功在8寸硅光晶圆上异质键合III-V族激光器材料外延晶粒，并采用CMOS兼容的片上器件制造工艺，解决了材料结构设计与生长、晶圆键合良率低以及异质集成晶圆片上图形化与刻蚀控制等难题。最终，他们成功点亮了片内激光，实现了“芯片出光”。
相较于传统的分立封装外置光源和FC微组装光源，九峰山实验室的片上光源技术显著提升了硅光芯片的耦合效率，缩短了对准调节时间，提高了对准精度，并突破了制作成本高、尺寸大、难以大规模集成等量产瓶颈。
随着数据中心内部及互联场景下对数据传输速度和容量的需求不断提升，传统的电互连技术已难以满足需求。光传输以其速度快、损耗小、延迟少的优势，成为推动下一代信息技术革命的关键技术。
而光芯片作为光通信产业链中技术壁垒最高的环节，拥有极速计算传输、低能耗、快速响应、高并行性等显著优势。目前，长光华芯、亨通光电、光迅科技、源杰科技、赛勒光电、铌奥光电、光本位科技等公司在该领域崭露头角。
硅光芯片产业链涵盖硅光设计、SOI硅片基板、外延片供应、硅光流片厂、光模块厂商、通信设备厂商以及终端应用厂商等多个环节。
光芯片可进一步加工成光电子器件，再集成到光通信设备的收发模块中，广泛应用于数通市场和电信市场。在数通市场，它应用于数据中心内部、数据中心互联（DCI）场景下的相关光模块。在电信市场，则应用于接入网（光纤接入、无线接入）和传输网场景下的相关光模块。
随着人工智能产业的蓬勃发展，光计算芯片也迎来了快速发展期。全球光芯片市场规模正快速增长，预计到2027年将达到56亿美元。
02 国内光芯片领域突破进展频频
今年以来，多个动态捷报频传，预示着国内光芯片产业的新一轮自主化浪潮即将到来：
- 今年年初，清华团队就发布了AI光芯片“太极-Ⅱ”和“太极-I”，彰显了我国高校在前沿科技领域的强大研发实力。
- 与此同时，我国中科院也不甘示弱，成功开发出可批量制造的新型“光学硅”芯片，为光芯片的大规模应用奠定了坚实基础。
- 今年7月，中国科学院宣布成功开发出一种新型光学卷积处理器。该处理器采用了创新的波分复用和光多模干涉技术，实现了高达12.74 T MACs/s/mm²的算力密度。这一成果使得新研制的光子芯片在运行速度上，相较于英伟达的A100芯片，有1.5-10倍的提升。
- 同月，国内光计算芯片行业的领军企业——光本位科技，也宣布其首款光计算芯片成功完成流片，其算力密度和精度均达到了商业应用的标准，峰值算力超过了1000Tops。这不仅展示了中国在光子芯片技术领域的领先地位，也对传统电子芯片的优势地位构成了挑战。
- 9月25日，在2024集成电路（无锡）创新发展大会上，由上海交通大学无锡光子芯片研究院建设的国内首条光子芯片中试线在无锡市滨湖区正式启用。据悉，该中试平台总面积17000平方米，集科研、生产、服务于一体，配备了超100台国际顶级CMOS工艺设备，覆盖了薄膜铌酸锂光子芯片从光刻、薄膜沉积、刻蚀、湿法、切割、量测到封装的全闭环工艺。平台还兼顾硅、氮化硅等其他材料体系，搭建了N个特色工艺平台，形成“1+N”先进光子器件创新平台。
据介绍，该中试线正式启用后，预计年产能达10000片晶圆，2025年第一季度将正式发布PDK，提供对外流片服务。下阶段，上海交通大学无锡光子芯片研究院将基于6/8寸薄膜铌酸锂晶圆，以薄膜铌酸锂调制器为核心，攻克薄膜铌酸锂光子芯片产业化面临的工程技术难题，开发晶圆级芯片量产工艺，实现薄膜铌酸锂光子芯片规模量产，满足人工智能发展等大算力需求。
有理由相信，国产光芯片未来定能在全球市场中占据一席之地，为中国乃至世界的科技进步贡献更大的力量。
