湖北九峰山實驗室實現異質集成「芯片出光」

人民網武漢10月4日電 （記者郭婷婷）昨日，記者從湖北九峰山實驗室獲悉，該實驗室在矽光子集成領域取得里程碑式突破性進展。今年9月，實驗室成功點亮集成到矽基芯片內部的激光光源，這也是該項技術在國內的首次成功實現，突破了芯片間大數據傳輸的物理瓶頸。

此項成果採用九峰山實驗室自研異質集成技術，經過複雜工藝過程，在8寸SOI晶圓內部完成了磷化銦激光器的工藝集成。該技術被業內稱為「芯片出光」，它使用傳輸性能更好的光信號替代電信號進行傳輸，是顛覆芯片間信號數據傳輸的重要手段，核心目的是解決當前芯間電信號已接近物理極限的問題。對數據中心、算力中心、CPU/GPU芯片、AI芯片等領域將起到革新性推動作用。

基於矽基光電子集成的片上光互連，被認為是在後摩亞時代突破集成電路技術發展所面臨的功耗、帶寬和延時等瓶頸的理想方案。而業界目前對矽光全集成平台的開發最難的挑戰在於對矽光芯片的「心臟」，即能高效率發光的矽基片上光源的開發和集成上。該技術是我國光電子領域在國際上僅剩不多的空白環節。

「隨著人工智能大模型的開發和應用、自動駕駛、遠程醫療、低延時遠程通訊等領域對算力的需求在不斷增加。由於在單個芯片上增加晶體管密度這條路徑越來越難，於是業界開闢出新思路，將多個芯粒封裝在同一塊基板上，以提升晶體管數量。」九峰山實驗室相關負責人表示，在單個封裝單元中芯粒越多，它們之間的互連就越多，數據傳輸距離也就越長，傳統的電互連技術迫切需要演進升級。與電信號相比，光傳輸的速度更快、損耗更小、延遲更少，芯片間光互聯技術被認為是推動下一代信息技術革命的關鍵技術。

此次，該實驗室矽光工藝團隊與合作夥伴協同攻關，經過近十年的追趕攻關，終成功點亮片內激光，實現「芯片出光」。

相較於傳統的分立封裝外置光源和FC微組裝光源，該實驗室片上光源技術能有效解決傳統矽光芯片耦合效率不夠高、對準調節時間長、對準精度不夠好的工藝問題，突破了製作成本高、尺寸大、難以大規模集成等量產瓶頸。

而通過光電異質集成技術可實現芯片間、芯片內的光互連，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、電元件縮小集成到一個獨立微芯片中，實現高集成度、低成本、高速光傳輸。光電異質集成技術可有效解決微電子芯片目前的技術瓶頸問題，也是目前信息產業實現超越摩亞技術路線的重要技術方向。