光芯片是什么技术?

图一 光芯片是什么技术

“光芯片”不是硅晶圆芯片，与大家经常听说的台积电制造的芯片、麒麟处理器等是完全不同的，下文具体说一说。

1、什么是光芯片？

根据世界半导体贸易协会的说法，全球半导体细分为四个领域：集成电路、光电子、分立器件、传感器。其中光电在占整个半导体产业的比例在7%~10%之间，华为在英国建立的光芯片工厂主要生产光电子通信芯片。我们关注度比较高的CPU、GPU、手机处理器等都是属于集成电路。

光芯片用于完成光电信号的转换，是核心器件，分为有源光芯片和无源光芯片。光芯片包括了激光器、调制器、耦合器、波分复用器、探测器等。在运营商的核心交换网设备、波分复用设备、以及即将普及的5G设备中有大量的光芯片。

2、光芯片是5G时代的关键技术

目前，国内企业只掌握了10Gbps速率及其以下的激光器、探测器、调制器芯片能力，高端光芯片领域与欧美国家落后1~2代，生产制造方面，光芯片流片严重依赖美国、新加坡等国。

在路由器、基站、传输系统、接入网等光网络核心建设中，光器件成本占比高达60%以上。光模块是5G最重要的一部分，要想在5G时代获得超额利润，就必须在上游芯片和核心器件布局和延伸。

图二 光芯片是什么技术

3、为何建立在英国？

1）方便出口到西方国家

将工厂建立在英国，那么英国工厂将会受到英国的监控，经过英国的监控的芯片方便在西方国家出售。中国本土也可以生产相关芯片，但是因为“安全”问题，可能只能在中国或者一些友好国家销售。

2）欧洲光芯片技术领先

在光芯片领域，欧洲具有领先的技术，早在2012年，华为就收购了英国集成光电子器件公司，该公司拥有全球领先的光电子研究实验室，大大提升了华为在光学研发领域的能力。

华为自建光芯片工厂，初期成本巨大，但是长远角度来看，是一个双赢的结果，将大幅减少供应商的依赖，同时在英国建厂，可以在一定程度上减少西方国家的顾虑。

目前芯片用的材料是硅，当发展到5纳米以下的制程后，这种材料无法满足工艺要求，就会被淘汰，寻找其它材料来取代。新型的光子材料极有可能用于芯片的制造，被称之为光子芯片。

光子芯片为何会替代原有材料

5纳米的芯片内部结构间隔尺寸已经很接近原子的距离，使用原有的硅晶原材料尺寸已经很微小，栅极尺寸太短，电流很容易将薄氧层击穿，造成两极短路。还有一种情况就是容易造成晶体管的金属薄膜针被电流熔断，造成两极开路。这些问题涉及了极限尺寸，已经没有办法用技术的手段做改进，只能寻找新的材料替代。

光子芯片的技术原理

光子芯片利用半导体发光，结合光的速度和带宽，具备了抗干扰性和快速传播的特性。光子技术在多个应用上的低功耗、低成本是最大的优势。在运行平台上，某一个区域可以同时完成很多的维纳量级，以光子为载体的信息功能分支机构，形成一个整体，具备大型综合运算能力的光子芯片。由于信息时代人工智能大数据的发展，光子载体的各个分支数据流量已达到满载，就要用集成技术将微纳级的光子导入到芯片内部，成为纳米级的光子芯片。

图三 光芯片是什么技术

我国光子芯片的发展状况

目前我国已有几家企业在研发光子芯片相关的项目，像光速的收发模块、光处理模块已取到了突破性进展。科研机构已经投入开发的硅光子芯片平台，可以完成100bps的光子芯片试制，测试平台也在搭建中，预计2021年可以完成研发工作。

若干年后，如果光子芯片能取代传统芯片，这项颠覆性的技术将芯片的高性能、低功耗发挥到极致