中國科研團隊攻克硅光子學晶片

近日，湖北九峰山實驗室（JFS）在硅光子整合領域取得了里程碑式的突破性進展，成功點亮了整合到矽基晶片內部的雷射光源。這一技術在國內尚屬首次實現，標誌著中國在硅光子學晶片領域取得了重大突破，成功突破了晶片間巨量資料傳輸的物理瓶頸。

九峰山實驗室的這一成果採用了自研的異質整合技術，經過複雜的工藝過程，在8吋SOI晶圓內部成功完成了磷化銦雷射器的工藝整合。這一技術被業內稱為“晶片出光”，它通過使用傳輸性能更好的光訊號替代電訊號進行傳輸，顛覆了傳統的晶片間訊號資料傳輸方式，解決了當前芯間電訊號已接近物理極限的問題。

隨著人工智慧大模型的開發和應用、自動駕駛、遠端醫療、低延時遠端通訊等領域對算力的需求不斷增加，傳統的在單個晶片上增加電晶體密度的方法已越來越難以滿足需求。因此，業界開闢了新的思路，將多個芯粒封裝在同一塊基板上，以提升電晶體數量。然而，這也帶來了新的問題：在單個封裝單元中芯粒越多，它們之間的互連就越多，資料傳輸距離也就越長，傳統的電互連技術迫切需要演進升級。

與電訊號相比，光傳輸的速度更快、損耗更小、延遲更少，因此晶片間光互聯技術被認為是推動下一代資訊技術革命的關鍵技術。九峰山實驗室的硅光工藝團隊與合作夥伴經過近十年的協同攻關，終於成功點亮了片內雷射，實現了“晶片出光”。

這一成果不僅突破了傳統的硅光晶片耦合效率不夠高、對準調節時間長、對準精度不夠好的工藝問題，還解決了製作成本高、尺寸大、難以大規模整合等量產瓶頸。通過光伏異質整合技術，可以實現晶片間、晶片內的光互連，將CMOS技術所具備的超大規模邏輯、超高精度製造的特性與光子技術超高速率、超低功耗的優勢融合起來，把原本分離器件眾多的光、電元件縮小整合到一個獨立微晶片中，實現高整合度、低成本、高速光傳輸。

基於矽基光伏子整合的片上光互連，被認為是在後摩爾時代突破積體電路技術發展所面臨的功耗、頻寬和延時等瓶頸的理想方案。而業界目前對硅光全整合平台的開發最大的挑戰在於對硅光晶片的“心臟”——能高效率發光的矽基片上光源的開發和整合上。這一技術是中國光伏子領域在國際上僅剩不多的空白環節，九峰山實驗室的這一成果無疑填補了這一空白。

九峰山實驗室的相關負責人表示，這一成果將對資料中心、算力中心、CPU/GPU晶片、AI晶片等領域起到革新性推動作用。隨著技術的進一步發展和完善，相信這一成果將在未來資訊技術領域發揮越來越重要的作用，推動中國在硅光子學晶片領域實現更大的突破和發展。(半導體報告)