去年，上海市政府將硅光子列入首批市級重大專項(xiàng)，投入大量經(jīng)費(fèi)，布局硅基光互連芯片研發(fā)和生產(chǎn)。而今，很多業(yè)內(nèi)人士感嘆，上海真是未雨綢繆，因?yàn)楣杌饣ミB芯片是新一代通信芯片，國內(nèi)通信企業(yè)已在這種器件上被卡了脖子。

記者近日從市科委獲悉，張江實(shí)驗(yàn)室牽頭承擔(dān)的硅光子市級重大專項(xiàng)在工藝技術(shù)方面取得突破，具備了光芯片流片能力。預(yù)計(jì)今年年內(nèi)，我國第一條硅光子研發(fā)中試線將在滬建成。這一專項(xiàng)志在上海打造硅光子芯片全產(chǎn)業(yè)鏈，掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，讓國內(nèi)企業(yè)擺脫對國外光芯片供應(yīng)商的依賴。

構(gòu)建全球硅光子研發(fā)中心

硅光子市級重大專項(xiàng)技術(shù)負(fù)責(zé)人、中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員余明斌介紹，光芯片在全球方興未艾，正在逐步取代傳統(tǒng)的電芯片，成為通信芯片的主流。在芯片方寸之間，電傳輸為何會(huì)被光傳輸取代？他解釋說，大量電子在高密度電路里運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使器件發(fā)熱，還會(huì)產(chǎn)生電磁損耗，這就影響了芯片的速度、功耗等性能。與之相比，光的運(yùn)動(dòng)要“輕盈”得多——速度全宇宙最快，運(yùn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生熱量，而且多路光線能在同一個(gè)時(shí)空里運(yùn)動(dòng)并保持各自的獨(dú)立性，從而大幅節(jié)省信號傳輸通道。

正因?yàn)楣獾膬?yōu)越物理特性，在通信領(lǐng)域，光纜正在取代電纜；光芯片也開始取代電芯片，在硅基材料上實(shí)現(xiàn)光信號的傳輸。目前，光芯片的產(chǎn)業(yè)化尚處于早期階段，光芯片供應(yīng)商在全球只有為數(shù)不多的幾家，全部在美國。

2015年，中科院院士、張江實(shí)驗(yàn)室主任王曦了解到新加坡微電子研究院（IME）的硅光子研發(fā)情況。IME是與比利時(shí)微電子研究中心（IMEC）齊名的集成電路共性技術(shù)全球研發(fā)中心，這兩家單位都建有硅光子研發(fā)中試線，吸引各國研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)到那里中試流片。那時(shí)，王曦有了一個(gè)構(gòu)想：上海微技術(shù)工業(yè)研究院也要建一條硅光子研發(fā)中試線，成為全球的另一個(gè)研發(fā)中心。

市科委對這個(gè)構(gòu)想進(jìn)行論證后，提出上海要形成完整的硅基光互連芯片產(chǎn)業(yè)鏈，打造世界級硅光子基地。去年，硅光子被列入首批市級重大專項(xiàng)。

打造硅光子芯片全產(chǎn)業(yè)鏈

如今，我國第一條硅光子研發(fā)中試線正在緊鑼密鼓地建設(shè)。去年9月在上海嘉定區(qū)通線的8英寸“超越摩爾”研發(fā)中試線是其中一部分，另一部分的設(shè)備還在采購過程中。預(yù)計(jì)今年年內(nèi)，“超越摩爾”研發(fā)中試線的硅光子設(shè)備將投入運(yùn)行。所謂“超越摩爾”，是指非數(shù)字、多元化半導(dǎo)體技術(shù)與產(chǎn)品可以在成熟的工藝生產(chǎn)線上研發(fā)，無需遵循摩爾定律，即無需在工藝尺寸上越做越小。

時(shí)不我待，雖然一些設(shè)備還沒到位，但余明斌早已開始帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)配套的工藝技術(shù)。“設(shè)備是硬件，工藝技術(shù)可算是軟件。”余明斌告訴記者，“在購買硬件過程中，我們要抓緊把軟件開發(fā)好。這樣硬件到位后，硅光子研發(fā)中試線就能立馬為客戶提供服務(wù)。”還有一個(gè)好消息是，他通過人脈關(guān)系找到了合作方，將一條工藝生產(chǎn)線用于開發(fā)光芯片。這條生產(chǎn)線已流片成功，正在為一些客戶服務(wù)。硅光子研發(fā)中試線通線后，上海微技術(shù)工研院將具備為大量客戶服務(wù)的能力。

市科委副主任干頻介紹，硅光子重大專項(xiàng)由張江實(shí)驗(yàn)室牽頭，國內(nèi)一批企業(yè)、高校和科研院所參與，通過擴(kuò)展上海微技術(shù)工研院這一研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺(tái)的功能，突破硅基光互連芯片和器件的共性關(guān)鍵技術(shù)，從而吸引各方資源，力爭使上海成為硅基光電子這一戰(zhàn)略領(lǐng)域技術(shù)新發(fā)明、產(chǎn)業(yè)新方向的重要策源地。

“我們要在上海打造全產(chǎn)業(yè)鏈，包含芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝、測試等各個(gè)環(huán)節(jié)。”余明斌說。據(jù)透露，承擔(dān)重大專項(xiàng)產(chǎn)業(yè)鏈下游子項(xiàng)目的上海企業(yè)都有銷售額指標(biāo)，如上海圭博通信技術(shù)有限公司的指標(biāo)是：替代進(jìn)口硅光子芯片，年銷售額1億美元，成本、工藝優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)。對此，圭博公司項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)很有信心，因?yàn)槿蚬庑酒袌龇脚d未艾、供不應(yīng)求，目前每片晶圓售價(jià)高達(dá)1.5萬美元以上，如果掌握了產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵核心技術(shù)，就不必?fù)?dān)心市場業(yè)績。

除了通信，光芯片還能用于激光雷達(dá)、平行計(jì)算、大規(guī)模光開關(guān)、三維光電集成等具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ那把仨?xiàng)目，成為自動(dòng)駕駛、新一代計(jì)算機(jī)、超高清電視等領(lǐng)域的核心部件。隨著硅光子市級重大專項(xiàng)的推進(jìn)，上海有望涌現(xiàn)出一系列成果。王曦表示，專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)會(huì)通過建立高效的項(xiàng)目管理機(jī)制、加強(qiáng)戰(zhàn)略規(guī)劃研究、進(jìn)一步開放協(xié)同等舉措，以全球視野實(shí)施重大專項(xiàng)，早日將上海打造成世界級硅光子基地。