近幾年，硅光芯片被廣為提及，從概念到產(chǎn)品，它的發(fā)展速度讓人驚嘆。硅光芯片作為硅光子技術(shù)中的一種，有著非常可觀的前景，尤其是在5G商用來(lái)臨之際，企業(yè)紛紛加大投入，搶占市場(chǎng)先機(jī)。硅光芯片的前景真的像人們想象中的那樣嗎？筆者從硅光芯片的優(yōu)勢(shì)、市場(chǎng)定位及行業(yè)痛點(diǎn)，帶大家深度了解真正的產(chǎn)業(yè)狀況。
硅光芯片的優(yōu)勢(shì)
硅光芯片是將硅光材料和器件通過(guò)特殊工藝制造的集成電路，主要由光源、調(diào)制器、有源芯片等組成，通常將光器件集成在同一硅基襯底上。硅光芯片的具有集成度高、成本低、傳輸線更好等特點(diǎn)，因?yàn)楣韫庑酒怨枳鳛榧尚酒囊r底，所有能集成更多的光器件；在光模塊里面，光芯片的成本非常高，但隨著傳輸速率要求，晶圓成本同樣增加，對(duì)比之下，硅基材料的低成本反而成了優(yōu)勢(shì)；波導(dǎo)的傳輸性能好，因?yàn)楣韫獠牧系慕麕挾雀螅凵渎矢撸瑐鬏敻臁?/p>
硅光芯片的市場(chǎng)定位
光芯片作為光通信系統(tǒng)中的核心器件，它承擔(dān)著將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)或?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的重任，除了外加能源驅(qū)動(dòng)工作，光器件的轉(zhuǎn)換能力和效率決定著通信速度。為什么未來(lái)需要硅光芯片，這是由于隨著5G時(shí)代的到來(lái)，芯片對(duì)傳輸速率和穩(wěn)定性要求更高，硅光芯片相比傳統(tǒng)硅芯的性能更好，在通信器件的高端市場(chǎng)上，硅光芯片的作用更加明顯。
未來(lái)人們對(duì)流量的速度要求很高，作為技術(shù)運(yùn)營(yíng)商，5G的密集組網(wǎng)對(duì)硅光芯片的需求大增。之所以說(shuō)硅光芯片定位通信器件的高端市場(chǎng)，這是由于未來(lái)的5G將應(yīng)用在生命科學(xué)、超算、量子大數(shù)據(jù)、無(wú)人駕駛等，這些領(lǐng)域?qū)νㄓ嵉囊蟾撸煌?G網(wǎng)絡(luò)，零延時(shí)、無(wú)差錯(cuò)是最基本的要求。
目前，國(guó)內(nèi)核心的光芯片及器件依然嚴(yán)重依賴(lài)于進(jìn)口，高端光芯片與器件的國(guó)產(chǎn)化率不超過(guò)10%，這是國(guó)內(nèi)加大研究光芯的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。
巨頭紛紛布局
正是由于硅光芯片的前景廣闊，國(guó)內(nèi)外巨頭紛紛布局。包括英特爾、Luxtera公司、Rockley等都具備了硅光芯片的研發(fā)能力。英特爾的硅光芯片主要針對(duì)5G無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)，它的100G硅光收發(fā)器產(chǎn)品組合為滿足下一代通信基礎(chǔ)設(shè)施的帶寬要求而優(yōu)化，同時(shí)可承受惡劣的環(huán)境條件。Luxtera公司也在致力于硅基混合集成PIC的研究，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將磷化銦激光器集成在硅基基底上，它開(kāi)發(fā)硅基PIC的主要目的是應(yīng)用于服務(wù)器與服務(wù)器之間、服務(wù)器與交換機(jī)之間的高速互聯(lián)等應(yīng)用場(chǎng)合，它采用電子集成電路常用的CMOS工藝實(shí)現(xiàn)PIC，實(shí)現(xiàn)方式較英特爾要簡(jiǎn)化很多。Rockley公司的差異化硅制造技術(shù)可以生產(chǎn)具有相對(duì)較低功耗、較低競(jìng)爭(zhēng)性成本的光學(xué)器件，例如基于硅光子學(xué)的收發(fā)器等，Rockley的目標(biāo)市場(chǎng)包括消費(fèi)電子、自動(dòng)車(chē)輛、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)和數(shù)據(jù)中心。
令人可喜的是，國(guó)內(nèi)在硅光芯片上也取得了突破性進(jìn)展，我國(guó)自主研發(fā)的首款商用“100G硅光收發(fā)芯片”已經(jīng)投產(chǎn)使用，這款芯片在體積、性能、成本、通用化等方面達(dá)到了全球第一梯隊(duì)的水準(zhǔn)。
硅光芯片的產(chǎn)業(yè)化難題
科技想得到普及，除了技術(shù)，產(chǎn)業(yè)化也是一個(gè)很漫長(zhǎng)的國(guó)產(chǎn)，硅光芯片產(chǎn)業(yè)也在不斷的朝著正確的方向前進(jìn)。就硅光芯片產(chǎn)業(yè)鏈而言，全球亦仍處于初級(jí)階段，硅光芯片要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商用還有很長(zhǎng)的路要走，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年全球硅光芯片的市場(chǎng)不到5億美元。
硅光芯片的產(chǎn)業(yè)化難題主要有材料、設(shè)計(jì)架構(gòu)、制造良率、封裝成本等難題，但不可否認(rèn)它廣闊的市場(chǎng)前景，隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，這些難題會(huì)慢慢迎刃而解。