湖北九峰山实验室实现异质集成“芯片出光”

九峰山实验室8寸硅基片上光源芯片晶圆。九峰山实验室供图

人民网武汉10月4日电 (记者郭婷婷)昨日，记者从湖北九峰山实验室获悉，该实验室在硅光子集成领域取得里程碑式突破性进展。今年9月，实验室成功点亮集成到硅基芯片内部的激光光源，这也是该项技术在国内的首次成功实现，突破了芯片间大数据传输的物理瓶颈。

此项成果采用九峰山实验室自研异质集成技术，经过复杂工艺过程，在8寸SOI晶圆内部完成了磷化铟激光器的工艺集成。该技术被业内称为“芯片出光”，它使用传输性能更好的光信号替代电信号进行传输，是颠覆芯片间信号数据传输的重要手段，核心目的是解决当前芯间电信号已接近物理极限的问题。对数据中心、算力中心、CPU/GPU芯片、AI芯片等领域将起到革新性推动作用。

基于硅基光电子集成的片上光互连，被认为是在后摩尔时代突破集成电路技术发展所面临的功耗、带宽和延时等瓶颈的理想方案。而业界目前对硅光全集成平台的开发最难的挑战在于对硅光芯片的“心脏”，即能高效率发光的硅基片上光源的开发和集成上。该技术是我国光电子领域在国际上仅剩不多的空白环节。

“随着人工智能大模型的开发和应用、自动驾驶、远程医疗、低延时远程通讯等领域对算力的需求在不断增加。由于在单个芯片上增加晶体管密度这条路径越来越难，于是业界开辟出新思路，将多个芯粒封装在同一块基板上，以提升晶体管数量。”九峰山实验室相关负责人表示，在单个封装单元中芯粒越多，它们之间的互连就越多，数据传输距离也就越长，传统的电互连技术迫切需要演进升级。与电信号相比，光传输的速度更快、损耗更小、延迟更少，芯片间光互联技术被认为是推动下一代信息技术革命的关键技术。

此次，该实验室硅光工艺团队与合作伙伴协同攻关，经过近十年的追赶攻关，终成功点亮片内激光，实现“芯片出光”。

相较于传统的分立封装外置光源和FC微组装光源，该实验室片上光源技术能有效解决传统硅光芯片耦合效率不够高、对准调节时间长、对准精度不够好的工艺问题，突破了制作成本高、尺寸大、难以大规模集成等量产瓶颈。

而通过光电异质集成技术可实现芯片间、芯片内的光互连，将CMOS技术所具备的超大规模逻辑、超高精度制造的特性与光子技术超高速率、超低功耗的优势融合起来，把原本分离器件众多的光、电元件缩小集成到一个独立微芯片中，实现高集成度、低成本、高速光传输。光电异质集成技术可有效解决微电子芯片目前的技术瓶颈问题，也是目前信息产业实现超越摩尔技术路线的重要技术方向。