近年來，國家對集成電路產(chǎn)業(yè)越來越重視，國內(nèi)企業(yè)也迎來了高速發(fā)展的機(jī)遇，芯片的突破帶動了整個半導(dǎo)體行業(yè)的飛躍。隨著摩爾定律趨于極限，未來的芯片產(chǎn)業(yè)將迎來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，光子集成技術(shù)是一個新的選擇。
助力大國崛起的光子芯片
曾經(jīng)有研究人員將磷化銦的發(fā)光屬性和硅的光路由能力整合到單一混合芯片中，當(dāng)給磷化銦施加電壓的時候，光進(jìn)入硅片的波導(dǎo)，產(chǎn)生持續(xù)的激光束，這種激光束可驅(qū)動其他的硅光子器件，于是光子芯片的設(shè)想就誕生了。
隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，光通訊成為中國崛起的關(guān)鍵技術(shù)，而光子芯片是其中最核心的部件。光子芯片是組成光模塊的關(guān)鍵技術(shù)。國家也意識到了光子芯片的重要性，2016年底，國務(wù)院發(fā)布《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，其中指出要“提升新型片式元件、光通信器件、專用電子材料供給保障能力，加強可見光通信技術(shù)的研發(fā)”；至此，發(fā)展光子芯片技術(shù)上升為國家戰(zhàn)略。
我國的光子芯片技術(shù)落后很多
光通信產(chǎn)業(yè)包括光系統(tǒng)設(shè)備、光纖光纜、底層光器件及光芯片四大細(xì)分領(lǐng)域，在光系統(tǒng)設(shè)備、光纖光纜兩大塊，我國是處于全球領(lǐng)先的地位。但是，底層光器件及光芯片這兩塊上，我國嚴(yán)重依賴于進(jìn)口，核心技術(shù)落后是不爭的事實。
目前全球的光子芯片市場以博通、三菱、飛思卡爾等企業(yè)為主，它們壟斷全球主要的市場。而國內(nèi)雖然出現(xiàn)了華為、中興、大唐、光迅、中天等企業(yè)，但核心技術(shù)仍處于落后，尤其是在高集成、高速率、大容量的芯片領(lǐng)域。在光器件市場方面，目前以美日公司為主，全球十大光器件廠商，一大半在它們那邊。
我國的光子芯片產(chǎn)業(yè)面臨著很多技術(shù)難點，如光子芯片的制造工藝和器件稀缺是目前面臨的痛點。由于過長的波長限制芯片體積微縮的可能，同時光學(xué)裝置須要更精確的做工，光束傳輸?shù)男┪⑵顣斐删薮蟮膯栴}，相對需要高技術(shù)及高成本；光電子需要小尺寸、大帶寬、低功耗的調(diào)制器；陶瓷套管/插芯、光收發(fā)接口等技術(shù)也是國內(nèi)困擾企業(yè)的難題。特別是在有源器件方面，我國僅幾家能生產(chǎn)探測器管芯，而且偏向于低速率。
國內(nèi)該如何破局？
一、加大產(chǎn)學(xué)研投入發(fā)展光子芯片核心技術(shù)
光子芯片發(fā)展最關(guān)鍵的就是掌握核心技術(shù)，而國內(nèi)形成了很多的光子芯片研究區(qū)域，上海、武漢等地均形成了很多產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)研究光子芯片，也取得了不錯的成績。近年來，北京也加入其中，2013年，38所光電集成研究中心與ePIXfab聯(lián)合在北京舉辦“ePIXfab硅光子研討會”，未來，將會有更多的機(jī)構(gòu)加入光子研究。
二、建設(shè)相關(guān)的光器件產(chǎn)業(yè)集群
目前，我國尚未形成具有全球影響力的光器件產(chǎn)業(yè)群，這是發(fā)展光子芯片產(chǎn)業(yè)的一大痛點。隨著國內(nèi)企業(yè)實力的增強，光子芯片廠商需要更多的國產(chǎn)器件，才能掌握自己的命運，但同時要求國內(nèi)企業(yè)在光器件性能上達(dá)到國際領(lǐng)先的水準(zhǔn)。
三、扶持幾大有影響力的核“芯”企業(yè)
在芯片的國產(chǎn)化道路上，注定有企業(yè)成為先鋒，而國內(nèi)的華為、大唐、光迅、中天等企業(yè)發(fā)展迅速，且具有自己的核心技術(shù)和優(yōu)勢。如光迅科技的25G EML芯片預(yù)計明年開始批量供貨，未來光迅科技的目標(biāo)是在高端芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)進(jìn)口替代。
我國的光芯片研發(fā)能力提升，助力5G和云計算
由于我國光芯片產(chǎn)業(yè)起步較晚，落后于國外很多，如今整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展相對滯后。但隨著國家重視，近年來也取得了很多成績。近日，中國的光子技術(shù)迎來利好消息，我們的科研人員與國際研究人員一起利用硅光子集成技術(shù)開發(fā)出了一款通用光量子計算芯片。據(jù)悉，這款芯片能夠執(zhí)行不同的量子信息處理任務(wù)，這是推動光量子計算機(jī)大規(guī)模實用化的關(guān)鍵一步。光芯的自給率在穩(wěn)步提升，國內(nèi)的光器件企業(yè)市場份額增加。
光子芯片技術(shù)為何如此重要？這是因為它是我們實現(xiàn)云計算和通訊的關(guān)鍵技術(shù)，也是中國建設(shè)成為通訊大國的必經(jīng)之路。