CUMEC：2025年在芯片层面实现硅基混合集成

5月15日消息（隽畅）当前，集成电路沿着摩尔定律发展已趋于极限，硅光技术作为光通信行业的一项尖端技术，其核心是“以光代电”、“光电融合”，可以满足数据中心、干线传输、城域传输三大应用场景对更低成本、更高集成、更低功耗、更高互联密度等需求，发展潜力巨大，前景广阔。

5月11日，CIOE中国光博会与C114通信网联合推出大型研讨会系列活动——“2023中国光通信高质量发展论坛”。大会期间，联合微电子中心有限责任公司（CUMEC）工程师肖志雄发表题为《面向数据中心应用的硅光技术》的报告，详细介绍了硅光技术与产业发展的现状。

数智化时代，硅光乘势而起

阿里巴巴达摩院发布的《2022十大科技趋势》提到：“在电子芯片的制程竞赛接近终点的情况下，硅光芯片将异军突起，融合光子和电子优势，突破摩尔定律限制，满足人工智能、云计算带来的爆发性算力需求。预计未来三年，硅光芯片将承载大型数据中心的高速信息传输。”

肖志雄表示，硅光主要具备两大优势。一是集成优势。硅光芯片的波导具有较大的折射率差，能够很好地限制光场，芯片尺寸能够做到很小。二是材料优势。硅材料价格低廉，与CMOS工艺兼容，具有规模生产优势，可以有效降低成本。

数智化时代，全球网络数据流量正以每三年翻一番的速度激增，硅光市场规模直接受益。Yole预估，2019年的硅光市场规模为4.8亿美元；预测2025年将达到39亿美元，年复合增长率达到42%。

与此同时，硅光的业务领域也在不断拓展。肖志雄介绍道：“2019年，硅光应用集中在数据中心光模块和长距离光传输模块；2025年，硅光应用预计扩展到光互联、无人驾驶Lidar、免疫测试、光纤陀螺和5G光模块等领域。”

硅光引领下一代数据中心发展风向

数据中心作为国家“新基建”的七大方向之一，被国家发改委明确定义为“新基建”中的算力基础设施，可不少传统数据中心难以调和强算力与低能耗之间的矛盾，升级受阻。在此背景下，硅光方案效率高、功耗少、成本低、尺寸小的特征将打破物理瓶颈，驱动数据中心高质量发展。

肖志雄指出，有六类硅光技术在数据中心得到应用。

第一类是光源技术。由于硅材料是间接带隙半导体，在通讯波段不具备发光能力，量子点结构方案是目前的重要研究方向。量子点的离散分布特点具有更好的位错容忍度，能够有效过滤未位错陷对有源区的影响，可以制造高性能的片上光源。

第二类是低损波导技术。低损耗的波导是硅光芯片的核心技术，较大的波导损耗会限制系统的规模。系统越大，波导损耗的影响就越明显。

第三类是耦合技术。主要的耦合技术分为光栅耦合和端面耦合，两类方案各有优势。光栅耦合适用于晶圆级测试，但光学带宽较小，需要将损耗降至最低，才能满足光模块应用。端面耦合的光学带宽很大，损耗也可以做到很小，但工艺以及晶圆级的测试难度较大。

第四类是高速调制技术。2004年，Intel公司提出MOS型电光调制器，首次将硅基电光调制器速率提高到Gb/s量级。此后，业界提出反向偏置的PN结构，消除载流子扩散效应，将调制速率提高到50Gb/s以上。当前，硅基电光调制器的速率可轻松突破100Gb/s。

第五类是高速解调技术。硅材料对通信波段透明，需要通过锗外延技术实现通信波段的高速探测。

第六类是无源器件技术。目前的研究热点是通过逆向设计使得硅光器件的结构更紧凑、性能更优越。

CUMEC助力硅光产业链培育与生态建设

全球光模块产业链分工明确，欧美日技术起步较早，专注于芯片和产品研发。中国在产业链中游优势明显，但难以分享上游的巨大价值。尽早形成硅光产业链，壮大生态，带动产业高质量发展，是我国光模块产业实现“换道超车”的重要前提。

肖志雄表示，CUMEC致力于走“超越摩尔+光电融合”技术路线，以硅基光电子、异质异构三维集成、CIS、智能传感等工艺技术和产品技术为核心，为客户提供一体化的解决方案，实现设计、制造、封装全链条的完整支撑。

据了解，CUMEC一期打造的8英寸90nm工艺线包括硅光前道区域、后道铜布线区域及3D集成区域，具备光刻、刻蚀、注入、扩散、薄膜、化学机械抛光（CMP）、外延等完整集成电路工艺制作能力和成套芯片测试分析能力，是国际先进、国内唯一一个具有完整自主知识产权的光电微系统先导工艺平台。

“目前，我们以关键核心工艺技术研发为主线，计划在2025年初步实现硅基混合集成芯片。”肖志雄透露，在混合集成取得技术突破后，CUMEC将继续发力光电单片集成，以期通过科技创新、技术进步推动硅光产业链发展，为整个生态的繁荣与壮大做出贡献。

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