“芯動力”人才計劃——“名家芯思維”硅基光電子集成技術與應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、中國光學工程學會和江北新區(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、留德中國物理學者學會GCPD e.V.、Luceda Photonics和陜西光電子集成電路先導技術研究院協(xié)辦的“芯動力”人才計劃——“名家芯思維”硅基光電子集成技術與應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權威教授和工業(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責人才培養(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、推動工業(yè)和信息化領域的相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展。“名家芯思維”系列研討會邀請國內(nèi)外行業(yè)領軍人物為行業(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工程學會微納光電子集成技術專家委員會成員，北京大學教授周治平，周教授在硅基光電子領域從事多年學術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用擴展》的主題報告，介紹SPM實驗室和硅基光電子學基本內(nèi)容，包括關鍵科學研究問題、國際研究新進展趨勢，以及可能取得的重大進展和重要應用前景。

  周教授為北京大學硅基光電子學領域建設做出過重要貢獻，他介紹了北京大學SPM團隊和實驗室研究進展。周教授表示，硅基光電子學是探討微米/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兼容的技術和方法，將它們集成在同一硅襯底上的一門科學。

  硅基光電子芯片的關鍵在于將光源、光調(diào)制、光探測和光波導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致的高成本。硅光子技術的出現(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。

  周教授提到了當前硅光子技術存在的科學問題，并且著重介紹了五個關鍵難題：如何提高硅光子芯片發(fā)光效率、如何增強電光效應、如何擴展應用波長、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、表面技術以及納米技術，這些傳統(tǒng)觀念已被逐步突破。學術界和工業(yè)界都有基本的共識，就是將微電子和光電子結合，開創(chuàng)硅基大規(guī)模光電子集成技術，已經(jīng)成為信息技術發(fā)展的必然。

  接著，東南大學先進光子學中心主任崔一平教授做了《硅基微博光子集成技術及應用》的主題報告。崔教授長期從事光電子學方面的研究工作，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、光通信技術與集成光子技術以及光傳感技術方面取得一系列重要成果。

  崔教授做了微波光子技術概述，指出對許多微波光子系統(tǒng)和應用而言，其鏈路的關鍵性能指標十分重要，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在電子戰(zhàn)、雷達和通信方面得到實際應用的關鍵。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7800萬元的高端設備、25名工程師/行政人員，凈化面積1510平方米，配置6寸半導體實驗線和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設備包括非硅工藝平臺、化合物半導體平臺、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、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。

  南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院江偉教授做了《面向光互聯(lián)與激光雷達應用的若干硅光研究進展》報告。江教授指出，硅基光子技術按成熟度劃分呈現(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。硅光子器件技術在INTEL, Luxtera、IBM、Acacia等的推動下有長足的進步。硅光技術未來發(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。 他講到集成光學中的經(jīng)典問題――波導集成密度對光學相控陣與激光雷達應用的重大影響;并介紹了利用“波導超晶格”技術提高集成密度，從而實現(xiàn)高性能光學相控陣與激光雷達的技術思路。此外，他還介紹了南京大學在硅基光子器件、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)新和風險投資方面基于大力支持。

  下午，上海微系統(tǒng)與信息技術研究所研究員余明斌向觀眾做了《硅光?技術應?與發(fā)展》，余明斌表示，硅光子可以使用CMOS技術，得益于CMOS技術兼容性和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。

  本次研討會除了學術界硅光子研究進展，還有來自工業(yè)界專家的技術分析。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?》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，另一種是集成技術發(fā)生在可進行光電轉(zhuǎn)化的CMOS硅襯底上，他認為需要進一步發(fā)展CMOS上的技術，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。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公司全球晶圓廠設計平臺負責人陳昇祐總監(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計 制作》報告，講述硅基光電子技術的研究進程，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計方法的演講，認為設計思維要向電子芯片設計流程借鑒，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)模式以及完整的設計驗證流程，幫助芯片設計師得以專注于大規(guī)模的設計。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計師進行系統(tǒng)設計、原理圖設計、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用。在Tanner并內(nèi)建通用硅基光電子工藝設計套件 (Generic Silicon Photonics PDK, GSiP PDK)，可以幫助用戶熟悉先進的設計思路，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計進行了詳細解說，讓觀眾更加深入的學習硅光子芯片設計思路，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)、南京大學江偉教授和上海微系統(tǒng)與信息技術研究所研究員余明斌出席論壇擔任嘉賓，跟臺下觀眾進行近距離問答互動，交流當下技術與硅光子的結合道路。