10月3日，九派新聞從(cong) 湖北九峰山實驗室獲悉，該實驗室再次在矽光子集成領域取得裏程碑式突破性進展。2024年9月，實驗室成功點亮集成到矽基芯片內(nei) 部的激光光源，這也是該項技術在國內(nei) 的首次成功實現。

九峰山實驗室8寸矽基片上光源芯片晶圓。圖/九峰山實驗室

此項成果采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(nei) 部完成了磷化銦激光器的工藝集成。該技術被業(ye) 內(nei) 稱為(wei) “芯片出光”，它使用傳(chuan) 輸性能更好的光信號替代電信號進行傳(chuan) 輸，是顛覆芯片間信號數據傳(chuan) 輸的重要手段，核心目的是解決(jue) 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。

據了解，基於(yu) 矽基光電子集成的片上光互連，被認為(wei) 是在後摩爾時代突破集成電路技術發展所麵臨(lin) 的功耗、帶寬和延時等瓶頸的理想方案。而業(ye) 界目前對矽光全集成平台的開發最難的挑戰在於(yu) 對矽光芯片的“心髒”，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(jin) 剩不多的空白環節。

九峰山實驗室矽光工藝團隊與(yu) 合作夥(huo) 伴協同攻關(guan) ，在8寸矽光晶圓上異質鍵合III-V族激光器材料外延晶粒，再進行CMOS兼容性的片上器件製成工藝，成功解決(jue) 了III-V材料結構設計與(yu) 生長、材料與(yu) 晶圓鍵合良率低，及異質集成晶圓片上圖形化與(yu) 刻蝕控製等難點。經過近十年的追趕攻關(guan) ，終成功點亮片內(nei) 激光，實現“芯片出光”。

相較於(yu) 傳(chuan) 統的分立封裝外置光源和FC微組裝光源，九峰山實驗室片上光源技術能有效解決(jue) 傳(chuan) 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(chan) 瓶頸。

九峰山實驗室介紹，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……未來世界對算力的需求在不斷增加。由於(yu) 在單個(ge) 芯片上增加晶體(ti) 管密度這條路徑越來越難，於(yu) 是業(ye) 界開辟出新思路，將多個(ge) 芯粒封裝在同一塊基板上，以提升晶體(ti) 管數量。在單個(ge) 封裝單元中芯粒越多，它們(men) 之間的互連就越多，數據傳(chuan) 輸距離也就越長，傳(chuan) 統的電互連技術迫切需要演進升級。與(yu) 電信號相比，光傳(chuan) 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(wei) 是推動下一代信息技術革命的關(guan) 鍵技術。

隨著人類對信息傳(chuan) 輸和處理的要求越來越高，“摩爾定律”驅使下的傳(chuan) 統微電子技術也已經很難解決(jue) 芯片在功耗、發熱、串擾等方麵出現的問題。而通過光電異質集成技術可實現芯片間、芯片內(nei) 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(yu) 光子技術超高速率、超低功耗的優(you) 勢融合起來，把原本分離器件眾(zhong) 多的光、電元件縮小集成到一個(ge) 獨立微芯片中，實現高集成度、低成本、高速光傳(chuan) 輸。光電異質集成技術可有效解決(jue) 微電子芯片目前的技術瓶頸問題，也是目前信息產(chan) 業(ye) 實現超越摩爾技術路線的重要技術方向。