国家信息光电子中心牵头完成的《硅基光电子集成技术前沿报告》在CICC 2020成功发布

时间:2020-12-09 09:14:00

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125日,由中国通信学会光通信委员会组织编审、国家信息光电子中心牵头完成的《硅基光电子集成技术前沿报告》,在四川成都举行的“2020中国信息通信大会”上正式发布,获得热烈反响。

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信息光电子芯片作为通信系统的心脏,是信息通信的核心和基石。硅基光电子集成技术(以下简称:硅光技术)是信息光电子领域光电子和微电子融合的新兴技术,其基于硅材料并借鉴大规模集成电路工艺中已成熟的CMOS工艺进行光器件制造,同时具有低成本、低功耗、微小尺寸和与集成电路工艺一体化等优势。建立健全硅光产业链,是我国占据全球信息通信价值链尖端的关键一招,能有效提升我国信息光电子制造能力,对缓解我国信息通信高端光电子芯片卡脖子困境、推动数字中国两个强国建设等都具有重要意义。

在此背景下,中国通信学会联合国家信息光电子创新中心,由学会副理事长余少华院士牵头编写硅光技术能否促成光电子和微电子融合?成功入选2020年中国科协十大工程技术难题。815日,中国科协在第二十二届中国科协年会闭幕式上正式全球发布。

鉴于国家部委领导、业内技术专家等都非常关心硅光技术现状、难点和未来发展,中国通信学会联合国家信息光电子创新中心等单位组织专家进行研讨,并凝练形成“2020硅基光电子集成技术前沿报告一份。该报告系统地介绍了硅光技术诞生背景、技术定义与特点、国内外发展现状等几方面情况,在此基础上针对微电子与光电子融合技术难题和挑战,提出了硅光芯片技术发展趋势预测和相关政策建议。


新闻背景

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全球硅光技术和产业得益于大容量数据通信场景日益增加以及新需求、新应用不断涌现,经过20余年快速发展,已逐渐从学术研究驱动转变为市场需求驱动。同时,硅光芯片前所未有的光电融合能力,给未来芯片性能的飞跃带来无限的可能性。

Ø  在信息通信领域,已基本建立了面向数据中心、光纤传输、5G承载网、光接入等市场的一系列硅光产品解决方案。根据行业调查机构的预测,2020年硅光模块市场将达到7.4亿美元,预计至2024年仅100G-400G硅光模块市场容量即可达到55亿美元,在整个光通信模块市场占比达到1/3以上。

Ø  在量子领域,研究人员通过在硅光芯片上集成数百个光量子器件已研制出集成度最复杂的光量子芯片,实现了高维度、高精度、高稳定性和可编程的量子纠缠、量子操控、量子传输和量子测量。

Ø  在传感领域,MITVoyant Photonics等多个团队推出基于硅基光学相控阵(OPA)芯片的全固态激光雷达(LiDAR),具有集成度高、扫描速度快、体积小、成本低等优势,可以用作无人驾驶、无人机及机器人的眼睛,成为下一代激光雷达的重要革新。

Ø  在人工智能(AI)领域,AI处理器芯片需进行的高通量、大规模矩阵运算可由硅光神经网络运算单元来完成,研究显示光神经网络芯片比传统电子计算机有两个数量级速度提升,且功耗降低达三个数量级。

Ø  在新型微处理器领域,美国IntelAyar LabsGlobalFoundries等国外研发机构正在致力于实现硅光芯片与高性能微电子芯片的融合,并已验证了集成硅光I/O芯片的新一代FPGACPUASIC芯片,预计可将处理下的吞吐速率提升100倍,同时能耗降低至1/10,为超越摩尔开辟了新路径。

十三五期间,我国硅光产业链不断完善、基础研究不断取得突破、技术标准相继形成、产品解决方案日趋完善。技术研发方面,通过各类国家计划(973863NSFC 等)累计投入几十亿元,十三五也启动了光电子与微电子器件与集成重点专项。其中很多项目围绕持硅基光电子方面支持,国内单位在硅基激光器/调制器/探测器等高性能单元器件、硅光片上复用技术、硅光量子芯片、硅光芯片传输功能研究和系统应用验证等核心技术方面取得重要进展,部分硅光技术基础研究也已接近国际一流水平;产业化应用反面,国内企业已建立了用于数据中心、光纤传输、5G承载网、光接入等场景的一系列硅光产品解决方案,部分关键产品已基于自主研发实现了产业化突破。以国家信息光电子创新中心为例,近年来多次在硅光技术上取得突破。2018年,创新中心正式投产我国首款100Gb/s硅光芯片,标志着国内硅光芯片规模产业化从零到一突破。2019年,中国信科集团联合创新中心,基于自主硅光芯片和特种光纤完成我国首个Pb/s光传输系统实验。2020年,创新中心成功研制出首款800G硅光发射机样机,为未来数据中心光模块提供解决方案。目前,华为、阿里巴巴、海信、亨通Rockley、赛勒光电等国内企业也相继展示自主研制的硅光产品。在硅光芯片制造方面,重庆联合微电子、中科院微电子所、上海微技术工业研究院等单位正在致力于8英寸硅光工艺线的建设。以上进展标志着我国已基本构建起从设计仿真、芯片制造、封装测试到系统应用的硅光技术产业链条。

 

 

 

报告下载链接:http://www.china-cic.cn/upload/202012/05/466b9f9914d943628a04e7cb2e1af70a.pdf