“芯動力”人才計劃——“名家芯思維”硅基光電子集成技術(shù)與應(yīng)用研討會在寧成功舉辦

  ICCSZ訊 7月21日，由工業(yè)和信息化部人才交流中心(MIITEC)主辦、中國光學(xué)工程學(xué)會和江北新區(qū)IC智慧谷承辦、南京江北新區(qū)人力資源服務(wù)產(chǎn)業(yè)園、南京市集成電路行業(yè)協(xié)會、留德中國物理學(xué)者學(xué)會GCPD e.V.、Luceda Photonics和陜西光電子集成電路先導(dǎo)技術(shù)研究院協(xié)辦的“芯動力”人才計劃——“名家芯思維”硅基光電子集成技術(shù)與應(yīng)用研討會在南京正式拉開帷幕。多名來自我國高等院校的硅光子學(xué)權(quán)威教授和工業(yè)屆資深專家出席了研討會，并發(fā)表重要演講報告。

  在會議開始的致辭中，工業(yè)和信息化部人才交流中心IC智慧谷項目辦公室主任王喆指出，工業(yè)和信息化部人才交流中心作為工信部負(fù)責(zé)人才培養(yǎng)、人才交流、智力引進、人才戰(zhàn)略研究和咨詢的重要支撐單位，主要是圍繞國家和工信部的重點工作開展人才和智力支撐工作，服務(wù)、推動工業(yè)和信息化領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！懊倚舅季S”系列研討會邀請國內(nèi)外行業(yè)領(lǐng)軍人物為行業(yè)高級管理人才提供行業(yè)前沿趨勢，發(fā)展方向的解讀，搭建溝通與交流平臺。這次活動也是中心“芯動力”人才計劃的一個環(huán)節(jié)，是中心服務(wù)中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的具體體現(xiàn)。

  研討會首先邀請了中國光學(xué)工程學(xué)會微納光電子集成技術(shù)專家委員會成員，北京大學(xué)教授周治平，周教授在硅基光電子領(lǐng)域從事多年學(xué)術(shù)研究并成功開展了眾多光電子項目。周教授在研討會上做了《硅基光電子芯片及其應(yīng)用擴展》的主題報告，介紹SPM實驗室和硅基光電子學(xué)基本內(nèi)容，包括關(guān)鍵科學(xué)研究問題、國際研究新進展趨勢，以及可能取得的重大進展和重要應(yīng)用前景。

  周教授為北京大學(xué)硅基光電子學(xué)領(lǐng)域建設(shè)做出過重要貢獻，他介紹了北京大學(xué)SPM團隊和實驗室研究進展。周教授表示，硅基光電子學(xué)是探討微米/納米級光子、電子及光電子器件的新穎工作原理，并使用與硅基集成電路技術(shù)兼容的技術(shù)和方法，將它們集成在同一硅襯底上的一門科學(xué)。

  硅基光電子芯片的關(guān)鍵在于將光源、光調(diào)制、光探測和光波導(dǎo)功能集成在一片硅材料襯底上，實現(xiàn)光器件功能的高度集成，減少光器件中因不同功能的分立導(dǎo)致的高成本。硅光子技術(shù)的出現(xiàn)可謂光通訊器件發(fā)展的一個劃時代的里程碑，如今低成本是數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的一個關(guān)鍵因素，硅光子是實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心高速率、大容量的合適之選。

  周教授提到了當(dāng)前硅光子技術(shù)存在的科學(xué)問題，并且著重介紹了五個關(guān)鍵難題：如何提高硅光子芯片發(fā)光效率、如何增強電光效應(yīng)、如何擴展應(yīng)用波長、整體能耗的降低方式以及偏上異質(zhì)集成問題。國際硅光子研究進展方面，周教授結(jié)合OFC、ISPEC和IEDM等重要展會及研討會，講述了主要的發(fā)展趨勢。在硅光子基礎(chǔ)研究上，主要是片上/片下光源、線性/非線性器件、節(jié)能機理和器件小型化。在傳輸速率上，硅光子在單通道100G、相干或WDM PAM4 200G/400G等會有更多價值，在更大規(guī)模的片上集成上，零改變CMOS工藝、45nm工藝和異質(zhì)集成是主要趨勢。

  周教授最后提到，硅材料在光電效應(yīng)方面存在著先天不足，光子器件在尺寸方面也衍射受限，但通過能級工程、量子調(diào)控、表面技術(shù)以及納米技術(shù)，這些傳統(tǒng)觀念已被逐步突破。學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都有基本的共識，就是將微電子和光電子結(jié)合，開創(chuàng)硅基大規(guī)模光電子集成技術(shù)，已經(jīng)成為信息技術(shù)發(fā)展的必然。

  接著，東南大學(xué)先進光子學(xué)中心主任崔一平教授做了《硅基微博光子集成技術(shù)及應(yīng)用》的主題報告。崔教授長期從事光電子學(xué)方面的研究工作，尤其是在光折變和多光子吸收機制研究方面作出了開拓性貢獻，近十多年又在納米生物光子技術(shù)、光通信技術(shù)與集成光子技術(shù)以及光傳感技術(shù)方面取得一系列重要成果。

  崔教授做了微波光子技術(shù)概述，指出對許多微波光子系統(tǒng)和應(yīng)用而言，其鏈路的關(guān)鍵性能指標(biāo)十分重要，他們包括大的瞬時帶寬、高的鏈路增益、低的噪聲系數(shù)和大的無雜散動態(tài)范圍。微波光子集成是微波光子技術(shù)在電子戰(zhàn)、雷達和通信方面得到實際應(yīng)用的關(guān)鍵。因此，微波光子器件從傳統(tǒng)的分立器件向光子集成化方向發(fā)展勢在必行。硅基集成具有多功能、低成本和低功耗、體積小、一致性好的優(yōu)勢，更值得我們重視。

  崔教授介紹了微波光子集成材料體系的發(fā)展，傳統(tǒng)材料如InP、GaAs、鈮酸鋰，新興材料如SOI、Polymer、氮化硅、PLZT、氟化鈣和硫化砷等。同時還介紹了激光器、調(diào)制器、探測器等微波光子核心器件，以及微波光子光學(xué)真延時線、微波光子濾波、高速光模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換等硅基集成微波光子信號處理模塊。

  接著，上海交通大學(xué)蘇翼凱教授做了《基于AEMD平臺加工的硅光子芯片》報告，他表示AEMD公共平臺擁有價值7800萬元的高端設(shè)備、25名工程師/行政人員，凈化面積1510平方米，配置6寸半導(dǎo)體實驗線和3寸非硅實驗線以及光電實驗室，于2014年11月正式對外運行。蘇教授介紹，AEMD設(shè)備包括非硅工藝平臺、化合物半導(dǎo)體平臺、硅基平臺、光電顯示平臺、封裝平臺和測試平臺，具備亞10nm至微米級圖形加工能力，可以加工硅基、玻璃基、聚合物基基底。

  他對基于AEMD平臺加工的硅光子芯片和器件進行了分析和闡述，包括高效率(19nm/mW)納米束2x2熱光可調(diào)諧濾波器、低功耗(0.16mW)納米束2x2熱光開關(guān)、基于亞波長光柵的高旁瓣抑制比(>27dB)帶通濾波器、高消光比(>30 dB)的偏振分束器和超緊湊的(耦合區(qū)長度7.66微米)偏振分束和旋轉(zhuǎn)器。

  南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院江偉教授做了《面向光互聯(lián)與激光雷達應(yīng)用的若干硅光研究進展》報告。江教授指出，硅基光子技術(shù)按成熟度劃分呈現(xiàn)多層次發(fā)展的格局：在數(shù)據(jù)中心光互連、光通信領(lǐng)域已有成熟產(chǎn)品并獲得一定的市場份額;在無人駕駛用全固態(tài)激光雷達方面正加緊研究與開發(fā);在芯片上光互連等方面還在持續(xù)探索。硅光子器件技術(shù)在INTEL, Luxtera、IBM、Acacia等的推動下有長足的進步。硅光技術(shù)未來發(fā)展的一個主要趨勢是通過提高集成度、實現(xiàn)更優(yōu)越的性能，使每個原件的成本更低。 他講到集成光學(xué)中的經(jīng)典問題――波導(dǎo)集成密度對光學(xué)相控陣與激光雷達應(yīng)用的重大影響;并介紹了利用“波導(dǎo)超晶格”技術(shù)提高集成密度，從而實現(xiàn)高性能光學(xué)相控陣與激光雷達的技術(shù)思路。此外，他還介紹了南京大學(xué)在硅基光子器件、合作開發(fā)硅光工藝、分級分析工藝偏差等方面的研究進展。

  緊接著，南京江北新區(qū)進行了相關(guān)人才政策宣講，包括“創(chuàng)業(yè)江北”人才計劃、引進頂尖人才團隊，集聚科技頂尖專家和培育創(chuàng)新型企業(yè)家等政策優(yōu)惠。江北新區(qū)積極推動高層次創(chuàng)業(yè)人才引進計劃，在資助資金、場地支持、科技創(chuàng)新和風(fēng)險投資方面基于大力支持。

  下午，上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員余明斌向觀眾做了《硅光?技術(shù)應(yīng)?與發(fā)展》，余明斌表示，硅光子可以使用CMOS技術(shù)，得益于CMOS技術(shù)兼容性和CMOS晶圓廠的規(guī)模性。他介紹了硅光子發(fā)展歷史，2005年以前一直處于理論發(fā)展階段，2005年后隨著業(yè)內(nèi)頂尖芯片公司做出商用產(chǎn)品，硅光子進入器件層面的發(fā)展，2015年后又進一步發(fā)展到模塊和系統(tǒng)層級，他預(yù)計2025年后硅光子將實現(xiàn)更多功能的集成。他繼續(xù)對比了收發(fā)器技術(shù)的優(yōu)劣，以硅光子和II-VI基VCSEL為例，硅光子具有更好的集成能力，可以使用WDM技術(shù)并具有很好的擴展性。市場方面，硅光子從2012年開始真正進入到市場逐漸起量階段。

  本次研討會除了學(xué)術(shù)界硅光子研究進展，還有來自工業(yè)界專家的技術(shù)分析。SiFotonics公司CEO潘棟博士做了主題為《硅基光電?器件在 400g 數(shù)據(jù) 中?和 5G 的應(yīng)?》報告，潘博士指出光電子集成主要分成兩種，一種是基于InP襯底，另一種是集成技術(shù)發(fā)生在可進行光電轉(zhuǎn)化的CMOS硅襯底上，他認(rèn)為需要進一步發(fā)展CMOS上的技術(shù)，可以提供光芯片的集成度。

  潘博士隨后介紹了光子集成電路的演變，特別是CMOS工藝的硅光子集成電路，以IBM、Intel、SiFotonics、Luxtera等公司為代表。CMOS工藝能很好地有源器件和無源器件，現(xiàn)有CMOS晶圓廠也具備高集成平臺。而硅光產(chǎn)品的現(xiàn)狀，潘博士介紹了Sifotonics商用產(chǎn)品，如芯片級PIN/APD、4x25G/25G APD ROSA和聯(lián)合Elenion推出的100G ICR，在模組層面，Intel 100G CWDM4/8、luxtera 100G PSM4和ACACIA 100G-1200G相干模塊代表硅光子商業(yè)化的最新成果，華為、思科和Kaiam 等公司也在積極推進硅光產(chǎn)品的發(fā)展。

  硅光子核心競爭力，潘博士總結(jié)為低成本新材料體系，Si的光器件要顯示突破性的高性能、成熟CMOS工藝和產(chǎn)線、以及硅光集成技術(shù)。他對比Intel、Luxtera、Acacia和Sifotonics在不同傳輸距離的投入。 目前Sifotonics投入了5000萬美元進行研發(fā)。

  隨后，Mentor公司全球晶圓廠設(shè)計平臺負(fù)責(zé)人陳昇祐總監(jiān)和Luceda Photonics公司曹如平博士一同做了《可靠并且差異化的硅光設(shè)計 制作》報告，講述硅基光電子技術(shù)的研究進程，包括器件、工藝和線路，以及先進CMOS工藝的整合。他們還介紹了硅基光電子芯片設(shè)計方法的演講，認(rèn)為設(shè)計思維要向電子芯片設(shè)計流程借鑒，并指出，過去電子芯片產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展得益于晶圓代工的商業(yè)模式以及完整的設(shè)計驗證流程，幫助芯片設(shè)計師得以專注于大規(guī)模的設(shè)計。硅基光電子芯片產(chǎn)業(yè)可依循相同的發(fā)展模式蓬勃壯大，Mentor公司的Tanner 平臺與 Luceda 整合，和全球各大先進的硅基光電子晶圓代工廠合作提供工藝設(shè)計套件 (PDK)，包含驗證過的有源器件、無源器件以及功能模塊，幫助硅基光電子芯片設(shè)計師進行系統(tǒng)設(shè)計、原理圖設(shè)計、Mentor Calibre物理版圖驗證方法以及光刻仿真，實現(xiàn)大規(guī)模且可制造性的設(shè)計，滿足數(shù)據(jù)中心傳輸、激光雷達(LiDAR)以及生物傳感器等應(yīng)用。在Tanner并內(nèi)建通用硅基光電子工藝設(shè)計套件 (Generic Silicon Photonics PDK, GSiP PDK)，可以幫助用戶熟悉先進的設(shè)計思路，也可以作為國內(nèi)工藝線制作先進 PDK 的參考起點，曹如平博士對硅光子軟件設(shè)計進行了詳細(xì)解說，讓觀眾更加深入的學(xué)習(xí)硅光子芯片設(shè)計思路，打開創(chuàng)新思維。

  研討會最后進入對話環(huán)節(jié)，北京大學(xué)周治平教授、Luceda光子公司曹如平博士、Sifotonics CEO潘棟博士、Mentor公司陳昇祐總監(jiān)、南京大學(xué)江偉教授和上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員余明斌出席論壇擔(dān)任嘉賓，跟臺下觀眾進行近距離問答互動，交流當(dāng)下技術(shù)與硅光子的結(jié)合道路。