DeepTech深科技中国科学家回国创办硅光子公司！｜独家对话，20年磨一剑( 二 ) 用光子取代传统集成电路中的电子

甘甫烷分析称，在学术研究上，起步晚导致中国在硅光子的产品化进程上不如美国。但中国对于硅光子技术研发方面人才和资金的大规模投入，使得发展程度上不至晚于美国10年之久。
中国在硅光子领域的积累好比是十年磨一剑。
图|摩尔定律正面临失效风险（来源：MITTECHNOLOGYREVIEW）
硅光子芯片能替代集成电路芯片吗？
5G、人工智能、大数据等技术的爆发式发展，得益于芯片技术的持续迭代。反过来，日益增加的数据存储计算、信息传输需求，也对芯片的性能提出越来越高的要求。
然而，传统芯片性能的进一步提升正在遇到瓶颈。虽然劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队在2016年已经将晶体管制程缩减到了1nm ，但继续发展下去，单位面积芯片上晶体管的数量已经接近物理极限，芯片性能的增加正在受到限制。
对于这一趋势，各领域科学家以及产业分析师早已有所察觉， “摩尔定律失效在即”已经成为了不少人的共识。摩尔定律是英特尔创始人之一戈登?摩尔于1965年发现的一个趋势，即单个芯片上可以容纳的晶体管数目大约每经过18-24个月便会增加一倍，处理器的性能也将提升一倍。
但经过几十年的发展，由于单个芯片上晶体管的数目增长已经接近物理极限，除非出现颠覆式的技术创新，否则戈登?摩尔所发现的“规律”很有可能无法再延续。
而其中一个可能的“颠覆式的技术创新”方向，就是用光子取代传统集成电路中的电子，来传输信号、进行计算。这便是所谓的“以光代电” ，用“光子芯片”来替代传统的集成电路芯片。

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图|光芯片很可能成为集成电路芯片的理想替代（来源：赛勒科技）
不同于集成电路芯片需要将大量微电子元器件（晶体管、电阻、电容等）放在一块塑基上做成形成的集成电路，硅光子芯片用硅做成芯片，利用硅的强大光路由能力，通过施加电压产生持续的激光束驱动硅光子元件，来实现光信息的传输、计算等功能。
【DeepTech深科技中国科学家回国创办硅光子公司！｜独家对话，20年磨一剑】“以光代电”有三个明显的优势。中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员甘甫烷向DeepTech解释到， “用光子来取代电子，可以实现整体性能的提升。第一，光的带宽比电子大得多；第二，相比于电，光不容易受到干扰；第三，光本身可以做部分计算。 ”这样一来，光子芯片便有可能大幅提升芯片的性能，让摩尔定律得以延续。

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图|光器件（来源：赛勒科技）
据了解，光电混合技术已被应用于光缆传输。但“计算能力上，目前光确实尚不足以完全替代电。 ”甘甫烷表示， “作为光子取代电子，更多的是基于光子带宽大和不易受干扰这两点。 ”
为什么用硅来做光子器件？
“最早很多人做硅光子，是因为认为光有可能会延续摩尔定律的发展。特别是用硅来做的话，可以跟电的IC芯片进行单片集成，甚至替代电实现计算。 ”甘甫烷介绍到。
在硅光子之前，用来做光器件的多为三五族材料（如铟、砷）。但三五族材料存在两大问题，一是材料成本较高，例如砷元素，其实是砒霜的主要元素；二是生产工艺尚不成熟，产能无法与基于硅的集成电路成熟强大的产业链相提并论。
而硅，是地球上除了氧之外含量最高的元素，沙石中最常见的元素就是硅，原材料成本非常低；再加上现在成熟的电路都是用硅实现的，经历过几十年摩尔定律的洗礼。基于硅材料的集成电路行业十分完善很发达。因此，用硅来做光的器件，能够充分利用现有的CMOS工艺（ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor ，互补式金属氧化物半导体，集成电路行业常用的设计工艺）以及整个生产链，不需要额外高昂的成本，量产的可行性也相对较高。

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