“芯動(dòng)力”人才計劃——“名家芯思維”硅基光電子集成技術(shù)與應用研討會(huì )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(huì )和江北新區IC智慧谷承辦、南京江北新區人力資源服務(wù)產(chǎn)業(yè)園、南京市集成電路行業(yè)協(xié)會(huì )、留德中國物理學(xué)者學(xué)會(huì )GCPD e.V.、Luceda Photonics和陜西光電子集成電路先導技術(shù)研究院協(xié)辦的“芯動(dòng)力”人才計劃——“名家芯思維”硅基光電子集成技術(shù)與應用研討會(huì )在南京正式拉開(kāi)帷幕。多名來(lái)自我國高等院校的硅光子學(xué)權威教授和工業(yè)屆資深專(zhuān)家出席了研討會(huì )，并發(fā)表重要演講報告。

  在會(huì )議開(kāi)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、人才交流、智力引進(jìn)、人才戰略研究和咨詢(xún)的重要支撐單位，主要是圍繞國家和工信部的重點(diǎn)工作開(kāi)展人才和智力支撐工作，服務(wù)、推動(dòng)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(huì )邀請國內外行業(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(dòng)也是中心“芯動(dòng)力”人才計劃的一個(gè)環(huán)節，是中心服務(wù)中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的具體體現。

  研討會(huì )首先邀請了中國光學(xué)工程學(xué)會(huì )微納光電子集成技術(shù)專(zhuān)家委員會(huì )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(kāi)展了眾多光電子項目。周教授在研討會(huì )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(shí)驗室和硅基光電子學(xué)基本內容，包括關(guān)鍵科學(xué)研究問(wèn)題、國際研究新進(jìn)展趨勢，以及可能取得的重大進(jìn)展和重要應用前景。

  周教授為北京大學(xué)硅基光電子學(xué)領(lǐng)域建設做出過(guò)重要貢獻，他介紹了北京大學(xué)SPM團隊和實(shí)驗室研究進(jìn)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(mén)科學(xué)。

  硅基光電子芯片的關(guān)鍵在于將光源、光調制、光探測和光波導功能集成在一片硅材料襯底上，實(shí)現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(shù)的出現可謂光通訊器件發(fā)展的一個(gè)劃時(shí)代的里程碑，如今低成本是數據中心互聯(lián)的一個(gè)關(guān)鍵因素，硅光子是實(shí)現數據中心高速率、大容量的合適之選。

  周教授提到了當前硅光子技術(shù)存在的科學(xué)問(wèn)題，并且著(zhù)重介紹了五個(gè)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、如何擴展應用波長(cháng)、整體能耗的降低方式以及偏上異質(zhì)集成問(wèn)題。國際硅光子研究進(jìn)展方面，周教授結合OFC、ISPEC和IEDM等重要展會(huì )及研討會(huì )，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(xiàn)性/非線(xiàn)性器件、節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(huì )有更多價(jià)值，在更大規模的片上集成上，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(zhù)先天不足，光子器件在尺寸方面也衍射受限，但通過(guò)能級工程、量子調控、表面技術(shù)以及納米技術(shù)，這些傳統觀(guān)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合，開(kāi)創(chuàng )硅基大規模光電子集成技術(shù)，已經(jīng)成為信息技術(shù)發(fā)展的必然。

  接著(zhù)，東南大學(xué)先進(jìn)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)及應用》的主題報告。崔教授長(cháng)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(kāi)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和應用而言，其鏈路的關(guān)鍵性能指標十分重要，他們包括大的瞬時(shí)帶寬、高的鏈路增益、低的噪聲系數和大的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍。微波光子集成是微波光子技術(shù)在電子戰、雷達和通信方面得到實(shí)際應用的關(guān)鍵。因此，微波光子器件從傳統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(shí)還介紹了激光器、調制器、探測器等微波光子核心器件，以及微波光子光學(xué)真延時(shí)線(xiàn)、微波光子濾波、高速光模擬數字轉換等硅基集成微波光子信號處理模塊。

  接著(zhù)，上海交通大學(xué)蘇翼凱教授做了《基于A(yíng)EMD平臺加工的硅光子芯片》報告，他表示AEMD公共平臺擁有價(jià)值7800萬(wàn)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(shí)驗線(xiàn)和3寸非硅實(shí)驗線(xiàn)以及光電實(shí)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A(yíng)EMD平臺加工的硅光子芯片和器件進(jìn)行了分析和闡述，包括高效率(19nm/mW)納米束2x2熱光可調諧濾波器、低功耗(0.16mW)納米束2x2熱光開(kāi)關(guān)、基于亞波長(cháng)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(耦合區長(cháng)度7.66微米)偏振分束和旋轉器。

  南京大學(xué)現代工程與應用科學(xué)學(xué)院江偉教授做了《面向光互聯(lián)與激光雷達應用的若干硅光研究進(jìn)展》報告。江教授指出，硅基光子技術(shù)按成熟度劃分呈現多層次發(fā)展的格局：在數據中心光互連、光通信領(lǐng)域已有成熟產(chǎn)品并獲得一定的市場(chǎng)份額;在無(wú)人駕駛用全固態(tài)激光雷達方面正加緊研究與開(kāi)發(fā);在芯片上光互連等方面還在持續探索。硅光子器件技術(shù)在INTEL, Luxtera、IBM、Acacia等的推動(dòng)下有長(cháng)足的進(jìn)步。硅光技術(shù)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢是通過(guò)提高集成度、實(shí)現更優(yōu)越的性能，使每個(gè)原件的成本更低。 他講到集成光學(xué)中的經(jīng)典問(wèn)題――波導集成密度對光學(xué)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(shù)提高集成密度，從而實(shí)現高性能光學(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(kāi)發(fā)硅光工藝、分級分析工藝偏差等方面的研究進(jìn)展。

  緊接著(zhù)，南京江北新區進(jìn)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(jìn)頂尖人才團隊，集聚科技頂尖專(zhuān)家和培育創(chuàng )新型企業(yè)家等政策優(yōu)惠。江北新區積極推動(dòng)高層次創(chuàng )業(yè)人才引進(jìn)計劃，在資助資金、場(chǎng)地支持、科技創(chuàng )新和風(fēng)險投資方面基于大力支持。

  下午，上海微系統與信息技術(shù)研究所研究員余明斌向觀(guān)眾做了《硅光?技術(shù)應?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(chǎng)的規模性。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(zhù)業(yè)內頂尖芯片公司做出商用產(chǎn)品，硅光子進(jìn)入器件層面的發(fā)展，2015年后又進(jìn)一步發(fā)展到模塊和系統層級，他預計2025年后硅光子將實(shí)現更多功能的集成。他繼續對比了收發(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(chǎng)方面，硅光子從2012年開(kāi)始真正進(jìn)入到市場(chǎng)逐漸起量階段。

  本次研討會(huì )除了學(xué)術(shù)界硅光子研究進(jìn)展，還有來(lái)自工業(yè)界專(zhuān)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 數據 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(shù)發(fā)生在可進(jìn)行光電轉化的CMOS硅襯底上，他認為需要進(jìn)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(wú)源器件，現有CMOS晶圓廠(chǎng)也具備高集成平臺。而硅光產(chǎn)品的現狀，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(jìn)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(xiàn)、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(wàn)美元進(jìn)行研發(fā)。

  隨后，Mentor公司全球晶圓廠(chǎng)設計平臺負責人陳昇祐總監和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(shù)的研究進(jìn)程，包括器件、工藝和線(xiàn)路，以及先進(jìn)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(guò)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(zhuān)注于大規模的設計。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(jìn)的硅基光電子晶圓代工廠(chǎng)合作提供工藝設計套件 (PDK)，包含驗證過(guò)的有源器件、無(wú)源器件以及功能模塊，幫助硅基光電子芯片設計師進(jìn)行系統設計、原理圖設計、Mentor Calibre物理版圖驗證方法以及光刻仿真，實(shí)現大規模且可制造性的設計，滿(mǎn)足數據中心傳輸、激光雷達(LiDAR)以及生物傳感器等應用。在Tanner并內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(hù)熟悉先進(jìn)的設計思路，也可以作為國內工藝線(xiàn)制作先進(jìn) PDK 的參考起點(diǎn)，曹如平博士對硅光子軟件設計進(jìn)行了詳細解說(shuō)，讓觀(guān)眾更加深入的學(xué)習硅光子芯片設計思路，打開(kāi)創(chuàng )新思維。

  研討會(huì )最后進(jìn)入對話(huà)環(huán)節，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、南京大學(xué)江偉教授和上海微系統與信息技術(shù)研究所研究員余明斌出席論壇擔任嘉賓，跟臺下觀(guān)眾進(jìn)行近距離問(wèn)答互動(dòng)，交流當下技術(shù)與硅光子的結合道路。