海光芯創(chuàng)CEO胡朝陽：高速光電子集成IDM平臺(tái) 為新基建提供產(chǎn)品支撐

  ICC訊（編輯：Aiur）  9月8日，在第19屆訊石光纖通訊市場暨技術(shù)專題研討會(huì)(IFOC2020)上，高速光電集成器件和光模塊制造商蘇州海光芯創(chuàng)光電科技有限公司(簡稱海光芯創(chuàng))CEO胡朝陽博士發(fā)表了《高速光電子集成平臺(tái)及其在光通信行業(yè)的應(yīng)用》主題報(bào)告，面向電信運(yùn)營商、大數(shù)據(jù)中心、通信設(shè)備商以及光通訊行業(yè)，介紹并比較高速光電子集成平臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)，包括SiOB、PIC、OEIC、SiPho等平臺(tái)以及海光芯創(chuàng)打造高速光電子集成IDM平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在光通信行業(yè)的應(yīng)用價(jià)值。

  隨著新基建將5G和數(shù)據(jù)中心納入范疇，當(dāng)前電信運(yùn)營商和云互聯(lián)網(wǎng)公司攜手推動(dòng)我國各地區(qū)5G基站和數(shù)據(jù)中心建設(shè)。

  由5G和數(shù)據(jù)中心所組成的新一代光網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，需要大量的光電子器件作為支撐。同時(shí)，5G電信和數(shù)據(jù)中心等高速應(yīng)用還對(duì)大帶寬、低時(shí)延、高密度的光學(xué)連接提出了要求，為了幫助下游客戶節(jié)省成本，創(chuàng)造更大應(yīng)用價(jià)值，光通信技術(shù)從傳統(tǒng)分立器件向光電子集成發(fā)展已經(jīng)成為業(yè)界主流趨勢。

  胡博士介紹，針對(duì)高速發(fā)展的光通信及拓展的行業(yè)領(lǐng)域需求，海光芯創(chuàng)打造高速光電子集成平臺(tái)，以硅光子混合集成、高頻光電子集成、智能制造等工藝技術(shù)和產(chǎn)品技術(shù)為核心，賦能(Enabler)更加廣闊的光電子應(yīng)用場景。

  對(duì)比不同類型的光電子集成平臺(tái)

  什么是光電子集成平臺(tái)?從概念來看，胡博士認(rèn)為平臺(tái)需要具備幾個(gè)主要特點(diǎn)，包括低成本、規(guī)模化生產(chǎn)、高集成度、小尺寸、低功耗、高可靠性和可擴(kuò)展性等?；仡櫄v史發(fā)展，光電子集成可劃分為混合集成和單片集成，兩條技術(shù)路線都持續(xù)朝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。業(yè)界將集成電路和半導(dǎo)體激光器結(jié)合，推動(dòng)了硅光子(SiPho)集成的商用化。針對(duì)未來高速互聯(lián)新形態(tài)，業(yè)界又提出共封裝光學(xué)(Co-packaged Optics)，目的是揚(yáng)長避短，優(yōu)勢互補(bǔ)。

  以材料作為劃分，當(dāng)前的主要光電子集成平臺(tái)為InP材料、SOI材料、SiO2/SiON/Si3N4材料、LiNbO3材料以及Polymer聚合物材料，其中，最直接的平臺(tái)競爭是磷化銦(InP)和硅光子(SiPho)。胡博士表示，磷化銦基光芯片更適用于制作性能優(yōu)良的有源器件，例如激光器、調(diào)制器、探測器等，但其缺點(diǎn)包括材料成本昂貴，有源和無源波導(dǎo)集成困難，例如InP波導(dǎo)彎曲半徑大，材料使用面積大，工藝標(biāo)準(zhǔn)化有難度等。

  相比之下，硅光芯片可以實(shí)現(xiàn)多種功能光電子器件的高度集成，例如光和電有機(jī)的單片/混合集成，其無源波導(dǎo)彎曲半徑小，使用面積更小，多種功能的高度集成，可以規(guī)模化生產(chǎn)，更關(guān)鍵是微電子工業(yè)帶動(dòng)CMOS工藝成熟，減輕Fabless設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。當(dāng)然，由于硅是間接帶隙半導(dǎo)體材料，發(fā)光條件苛刻，硅光芯片需要引入外部光源，其PDK開發(fā)與工藝能力也高度相關(guān)。

  胡博士進(jìn)一步認(rèn)為，一個(gè)具有競爭力的硅光子集成平臺(tái)，需要傾注從設(shè)計(jì)到工藝制造的每個(gè)環(huán)節(jié)，首先需要具備硅光能力的CMOS晶圓制造商在SiPho工藝上與自己共同進(jìn)步，特別是Ge EPI與SOI波導(dǎo)的集成能力和PDK開發(fā)能力，目前業(yè)界知名晶圓制造商有GlobeFoundries、TSMC、SMIC、IMEC、CUMEC等。其次，硅光子集成平臺(tái)需要具備高頻設(shè)計(jì)與仿真、測試分析與驗(yàn)證的能力，重點(diǎn)關(guān)注高頻電極、高速傳輸線、阻抗匹配等參數(shù)。同時(shí)，光波導(dǎo)設(shè)計(jì)與仿真、測試分析與驗(yàn)證，尤其是直波導(dǎo)、彎曲波導(dǎo)、MMI 耦合器設(shè)計(jì)和光斑模場轉(zhuǎn)換(Mode-converter)等。最后，硅光子集成平臺(tái)還需要考量從芯片到最終產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化能力，這時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注芯片handling和高精度光學(xué)耦合。

  光電子器件到光模塊的垂直整合

  綜合多種光電子集成平臺(tái)類型特點(diǎn)，海光芯創(chuàng)打造出一條從光電子器件到光模塊垂直整合體系，即高速光電子集成IDM平臺(tái)，其具備芯片級(jí)評(píng)估能力，器件到模塊的設(shè)計(jì)與仿真，自動(dòng)化工藝與測試平臺(tái)和系統(tǒng)應(yīng)用級(jí)測試分析。其中，芯片級(jí)評(píng)估能力涵蓋了光芯片老化、光芯片測試、光芯片可靠性分析、光芯片失效分析等;在設(shè)計(jì)與仿真方面，新平臺(tái)具備了光學(xué)設(shè)計(jì)與仿真、器件級(jí)3D-strcture高頻設(shè)計(jì)與仿真、高頻電路和信號(hào)完整性設(shè)計(jì)等能力;在工藝平臺(tái)方面，新平臺(tái)部署了可批量生產(chǎn)的自動(dòng)化工藝機(jī)臺(tái)，可完成高精度、高可靠性和Die Bonding、Wire bonding和光耦合工序。

  光電子器件和光模塊的封裝流程，光耦合是極為關(guān)鍵的一道工序，海光芯創(chuàng)的高精度光學(xué)耦合平臺(tái)擁有多通道自自動(dòng)化光學(xué)耦合平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)光纖-光纖、光纖-芯片(可含透鏡陣列)，透鏡光纖到芯片的光對(duì)準(zhǔn)耦合，以及多路光信號(hào)進(jìn)行XYZ/角度有源耦合和調(diào)整。

  基于自有的高速光電子集成IDM平臺(tái)和基于MES、ERP、PLM系統(tǒng)集成的企業(yè)管理，海光芯創(chuàng)充分實(shí)現(xiàn)了批量產(chǎn)品的高品質(zhì)保障。

  在光電子器件方面，總計(jì)產(chǎn)能達(dá)到百萬只/月，可支持用于5G市場的制冷DML TO/OSA系列產(chǎn)品，用于長距離傳輸?shù)?5G/50G EML TO/TOSA及25G/50G APD TO/ROSA系列產(chǎn)品，用于數(shù)據(jù)中心的25G/100G/200G/400G COB引擎(Optical Engine)以及硅光引擎(SiP Optical Engine)等系列產(chǎn)品。

  在光模塊方面，光模塊總計(jì)產(chǎn)能達(dá)到數(shù)十萬只/月，可支持用于5G市場的12波彩光系列光模塊，數(shù)據(jù)中心的25G/100G/200G/400G AOC、光模塊以及硅光模塊等產(chǎn)品系列。

  據(jù)LightCounting預(yù)測，2021年光模塊市場將增長24%。在中國5G升級(jí)按計(jì)劃的推動(dòng)下，無線前傳和回傳光器件銷售額將分別增長18%和92%。FTTx和AOC板塊在中國市場的部署推動(dòng)下，也將實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)的增長。

  面對(duì)廣闊的高速連接需求，海光芯創(chuàng)將充分發(fā)揮高速光電子集成IDM平臺(tái)能力，秉持“服務(wù)客戶”的理念，積極響應(yīng)客戶需求，通過與客戶的并肩努力，持續(xù)穩(wěn)定地為全球數(shù)據(jù)中心和5G市場提供高速光電子器件和高速光模塊產(chǎn)品支撐，助力5G和數(shù)據(jù)中心新基建。