硅光技術(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-03-29
硅光技術(shù)的實(shí)例教程
隨著摩爾定律逐漸變緩，硅光技術(shù)是延續(xù)摩爾定律的發(fā)展方向之一。
當(dāng)格芯推出硅光代工平臺(tái)，誓要成為領(lǐng)先硅光子代工廠；長(zhǎng)電科技預(yù)測(cè)硅光封裝成為未來(lái)趨勢(shì)之時(shí)，這項(xiàng)早在上世紀(jì)提出的技術(shù)，正悄悄改變著半導(dǎo)體行業(yè)。
云時(shí)代帶來(lái)的海量數(shù)據(jù)、逼近極限需要解決的節(jié)點(diǎn)間隙，這些可以通過(guò)光子解決的問(wèn)題，正一步一步推動(dòng)著硅光子前行。
硅光技術(shù)正在爆發(fā)前夜。
硅光子已成為未來(lái)趨勢(shì)
早在上個(gè)世紀(jì)90年代，IT從業(yè)者就開(kāi)始為傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)尋找繼任者，光子技術(shù)一度被認(rèn)為是最有希望的技術(shù)。
硅光是以硅光子學(xué)為基礎(chǔ)的低成本、高速的光通信技術(shù)，利用基于硅材料的CMOS微電子工藝實(shí)現(xiàn)光子器件的集成制備，融合了CMOS技術(shù)的超大規(guī)模邏輯、超高精度制造的特性以及光子技術(shù)超高速率、超低功耗的優(yōu)勢(shì)，把原本分離器件眾多的光、電元件縮小集成到一個(gè)獨(dú)立微芯片中，實(shí)現(xiàn)高集成度、低成本、高速光傳輸。
硅光技術(shù)的發(fā)展可以分為三個(gè)階段。第一，硅基器件逐步取代分立元器件，即用硅把光通信底層器件做出來(lái)，達(dá)到工藝的標(biāo)準(zhǔn)化；第二，集成技術(shù)從耦合集成向單片集成演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)部分集成，再把這些器件像樂(lè)高積木一樣，通過(guò)不同器件的組合，集成不同的芯片；第三，光電一體技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)光電全集成化。把光和電都集成起來(lái)，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能。
目前硅光技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第二個(gè)階段。
在制造工藝上，光子芯片和電子芯片雖然在流程和復(fù)雜程度上相似，但光子芯片對(duì)結(jié)構(gòu)的要求不像電子芯片那樣嚴(yán)苛，一般是百納米級(jí)。這大大降低了對(duì)先進(jìn)工藝的依賴，在一定程度上緩解了當(dāng)前芯片發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。
展開(kāi) 來(lái)源：經(jīng)濟(jì)參考報(bào)
記者從中國(guó)信息通信科技集團(tuán)獲悉，我國(guó)自行研制的“100G硅光收發(fā)芯片”日前在武漢投產(chǎn)使用，并通過(guò)了用戶現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試，性能穩(wěn)定可靠。這標(biāo)志著我國(guó)商用100G硅光芯片正式研制成功，將推動(dòng)我國(guó)自主硅光芯片技術(shù)邁上新臺(tái)階。
這款硅光芯片由國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心、光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、武漢光迅科技股份有限公司以及中國(guó)信息通信科技集團(tuán)聯(lián)合研制，在一個(gè)不到30平方毫米的硅芯片上集成了包括光發(fā)送、調(diào)制、接收等近60個(gè)有源和無(wú)源光元件。芯片具備超小型、高性能、低成本、通用化等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于傳輸網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心光傳輸設(shè)備。
硅光技術(shù)的核心理念是“以光代電”，即采用激光束代替電子信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，將光學(xué)器件與電子元件整合至一個(gè)獨(dú)立的微芯片中。在硅片上用光取代傳統(tǒng)銅線作為信息傳導(dǎo)介質(zhì)，大大提升芯片之間的連接速度。
近年來(lái)，硅光技術(shù)持續(xù)發(fā)展，以Luxtera、Intel及IBM為代表的公司不斷推出商用級(jí)硅光集成產(chǎn)品。2018年，全球硅光芯片及其封裝器件市場(chǎng)將接近2億美元，且整體市場(chǎng)有望保持高速增長(zhǎng)。據(jù)Yole預(yù)測(cè)，到2025年硅光子市場(chǎng)規(guī)模將超13億美元，其中將超過(guò)90%來(lái)自于數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。
專家表示，100G硅光芯片的產(chǎn)業(yè)化商用，表明我國(guó)已經(jīng)具備硅光產(chǎn)品商用化設(shè)計(jì)的條件和基礎(chǔ)。我們認(rèn)為，隨著流量的持續(xù)爆發(fā)，芯片層面的“光進(jìn)銅退”將成大勢(shì)所趨，硅光集成在未來(lái)有望大規(guī)模應(yīng)用。
國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心專家委員會(huì)主任、中國(guó)工程院院士余少華表示，100G硅光芯片的產(chǎn)業(yè)化商用，表明我國(guó)已經(jīng)具備硅光產(chǎn)品商用化設(shè)計(jì)的條件和基礎(chǔ)。
展開(kāi) 計(jì)算機(jī)光互聯(lián)-硅光技術(shù)最有想象力的應(yīng)用場(chǎng)景
計(jì)算機(jī)的互連包括計(jì)算機(jī)站間、機(jī)柜間、電路板間、芯片間和芯片內(nèi)的互連。計(jì)算機(jī)站間、機(jī)柜間已經(jīng)和正在采用光纖實(shí)現(xiàn)光互連，而電路板間、芯片間和芯片內(nèi)的互連都是依靠銅線等金屬進(jìn)行的，它們之間的互連受電子器件(電阻電容）效應(yīng)的影響，信息的傳輸速率大大降低，解決這一難題的辦法就是采用硅光子器件來(lái)提高傳輸速率。一個(gè)硅基光互連系統(tǒng)主要包括外部光源、耦合器、光波導(dǎo)、調(diào)制器/光開(kāi)光和光電探測(cè)器等。
采用電子互聯(lián)，計(jì)算機(jī)芯片間傳輸速度可達(dá)12Gb/s，而采用硅光子器件可輕易提高到40Gb/s（2010年數(shù)據(jù)）。硅光技術(shù)在片上互連、片間互連的應(yīng)用，將推動(dòng)計(jì)算機(jī)光互連甚至是光計(jì)算的革命，使得計(jì)算速度全面提升，這是硅光技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。也正是如此，Intel、思科等巨頭全力研究硅光技術(shù)，以期在未來(lái)的技術(shù)革命中繼續(xù)引領(lǐng)潮流。
硅
硅光模塊應(yīng)用前景
光模塊市場(chǎng)前景廣闊
光模塊是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化的核心器件，其伴隨數(shù)據(jù)交換需求的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。目前，光模塊廣泛運(yùn)用于FTTx、通信基站、承載網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等節(jié)點(diǎn)。其中，需要高速傳輸?shù)某休d網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心，是硅光技術(shù)的重要應(yīng)用場(chǎng)景。
展開(kāi) 光電工藝設(shè)計(jì)套件（PDKs）的開(kāi)發(fā)對(duì)于硅光技術(shù)在這些領(lǐng)域的商用至關(guān)重要。Ansys基于PDK-driven methodologies的思路創(chuàng)新的提供了一種基于工藝的器件設(shè)計(jì)流程，可以幫助設(shè)計(jì)人員添加符合Foundry生產(chǎn)規(guī)范的自定義器件庫(kù)，快速實(shí)現(xiàn)可用器件庫(kù)的擴(kuò)充。
在設(shè)計(jì)流程中，用戶可通過(guò)Ansys Lumerical的DEVICE Suite高效可靠的實(shí)現(xiàn)與Foundry工藝兼容的器件仿真設(shè)計(jì)，幫助設(shè)計(jì)者更有信心的實(shí)現(xiàn)器件仿真與鑄造工藝一致性。Ansys與世界領(lǐng)先的硅光Foundry積極合作，為新的設(shè)計(jì)流程提供充分支持，并在其PDK中已提供了所需的工藝文檔。
無(wú)論是PDK設(shè)計(jì)人員或是PIC的終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)者，都將從本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)學(xué)習(xí)到符合工藝規(guī)范流程的自定義設(shè)計(jì)流程和所需工具的實(shí)用知識(shí)。本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)從研發(fā)這項(xiàng)工作流程的動(dòng)機(jī)和概述開(kāi)始，然后會(huì)進(jìn)一步演示如何通過(guò)DEVICE Suite中改良版的Layer Builder工具，創(chuàng)建和使用Foundry提供的工藝文件。網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)最后會(huì)提供現(xiàn)有晶圓廠對(duì)該設(shè)計(jì)流程支持的討論環(huán)節(jié)。
培訓(xùn)時(shí)間及內(nèi)容：
2020年7月29日 10:00-11:00
報(bào)名鏈接：http://event.31huiyi.com/1891235984/index?c=jishulink
展開(kāi) 本文原刊登于Ansys Blog：《Ansys and GLOBALFOUNDRIES Team to Accelerate Photonic Integrated Circuit Design》
作者：Milad Mahpeykar | Peter Hallschmid | Frederick Anderson | Vikas Gupta
編輯整理：王旭（Ansys Lumerical 資深研發(fā)經(jīng)理）
Ansys與全球領(lǐng)先的特殊工藝半導(dǎo)體制造商GLOBAL FOUNDRIES（GF）展開(kāi)合作，利用集成光子技術(shù)幫助解決數(shù)字世界的現(xiàn)實(shí)需求。
GF擁有高性能的單片集成硅光工藝解決方案，可以將RF CMOS與光子器件集成在同一個(gè)芯片上，實(shí)現(xiàn)更高的光電集成度，為數(shù)據(jù)中心和電信基礎(chǔ)設(shè)施提供更高的帶寬。
利用GF先進(jìn)的硅光和封裝技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高性能的光互連，滿足城際、長(zhǎng)距離和數(shù)據(jù)中心的通信應(yīng)用需求，同時(shí)最大化傳輸距離和能源效率。
Ansys擁有強(qiáng)大的Lumerical光子仿真工具，可幫助設(shè)計(jì)者理解并預(yù)測(cè)光在復(fù)雜結(jié)構(gòu)、光路和系統(tǒng)中的特性，助力客戶挖掘光子潛能，引領(lǐng)新技術(shù)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。
Ansys和GF的最新合作提供了如下關(guān)鍵功能：1）基于工藝的自定義器件設(shè)計(jì)；2）基于Verilog-A的光電子系統(tǒng)仿真。這些功能支持精確的仿真結(jié)果，模型的兼容性，以及豐富的模型庫(kù)。
展開(kāi) 
硅光技術(shù)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
硅光技術(shù)的最新內(nèi)容
2023年加入國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心硅光技術(shù)部，從事12英寸國(guó)產(chǎn)硅光流片平臺(tái)開(kāi)發(fā)與對(duì)外服務(wù)業(yè)務(wù)。獲評(píng)2024年度 “3551” 優(yōu)秀青年人才稱號(hào)。</p><p><strong>內(nèi)容簡(jiǎn)介：</strong>本次報(bào)告將圍繞12英寸高速硅光子PDK開(kāi)發(fā)中的仿真需求展開(kāi)，介紹針對(duì)12英寸高速硅光子PDK開(kāi)發(fā)面臨工藝容差與高速性能雙重挑戰(zhàn)，以及Ansys仿真工具鏈提供的完整解決方案。
Ansys Lumerical | 光子 PDK 合作代工廠速覽4個(gè)月前
隨著硅光技術(shù)與光子集成電路（PIC）快速發(fā)展，半導(dǎo)體代工廠的工藝設(shè)計(jì)套件（PDK）已成為鏈接設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵橋梁。Ansys Lumerical 多年來(lái)與全球多家領(lǐng)先半導(dǎo)體代工廠深度合作，為其 PDK 開(kāi)發(fā)提供高精度仿真能力與驗(yàn)證流程支持，助力客戶更快實(shí)現(xiàn)可制造、可量產(chǎn)的光子芯片設(shè)計(jì)。本篇將帶你快速了解 Lumerical 已合作的代工廠及其PDK生態(tài)。
就以在全球進(jìn)行并購(gòu)的華為為例，其并購(gòu)標(biāo)的包含了英國(guó)集成光子研究中心CIP Technologies、比利時(shí)硅光技術(shù)開(kāi)發(fā)商Caliopa。中國(guó)政府甚至在武漢設(shè)立了東湖高新區(qū)光電園，全力打造硅光子相關(guān)技術(shù)。
關(guān)于硅光芯片制造技術(shù)，北京郵電大學(xué)教授李培剛表示：“硅光芯片制造技術(shù)與現(xiàn)有的半導(dǎo)體晶圓制造技術(shù)是相輔相成的。”
按照代工的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，由于激光器在各核心器件中失效率較高，導(dǎo)致“光電合封”芯片的良率普遍不高。硅光器件的良品率則有較大提升。
前不久，格芯推出新一代硅光子平臺(tái)Fotonix。
隨著云計(jì)算與人工智能的大爆發(fā)，硅光芯片迎來(lái)技術(shù)快速迭代與產(chǎn)業(yè)鏈高速發(fā)展。
利用GF先進(jìn)的硅光和封裝技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高性能的光互連，滿足城際、長(zhǎng)距離和數(shù)據(jù)中心的通信應(yīng)用需求，同時(shí)最大化傳輸距離和能源效率。
Ansys擁有強(qiáng)大的Lumerical光子仿真工具，可幫助設(shè)計(jì)者理解并預(yù)測(cè)光在復(fù)雜結(jié)構(gòu)、光路和系統(tǒng)中的特性，助力客戶挖掘光子潛能，引領(lǐng)新技術(shù)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。
利用GF先進(jìn)的硅光和封裝技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高性能的光互連，滿足城際、長(zhǎng)距離和數(shù)據(jù)中心的通信應(yīng)用需求，同時(shí)最大化傳輸距離和能源效率。
Ansys擁有強(qiáng)大的Lumerical光子仿真工具，可幫助設(shè)計(jì)者理解并預(yù)測(cè)光在復(fù)雜結(jié)構(gòu)、光路和系統(tǒng)中的特性，助力客戶挖掘光子潛能，引領(lǐng)新技術(shù)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。
FMCW激光雷達(dá)可使用基于硅光技術(shù)的鍺硅探測(cè)器，成本更低。目前FMCW激光雷達(dá)中的接收模塊主要還是利用分立的平衡光探測(cè)器（Balance Photo Detector，BPD）陣列進(jìn)行相干探測(cè)。
使用基于硅光技術(shù)的鍺硅探測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)單片集成BPD陣列，在保證接收模塊器件一致性的同時(shí)，可以和系統(tǒng)中其他硅基器件進(jìn)行單片集成，顯著降低系統(tǒng)的尺寸和成本。
硅光技術(shù)在片上互連、片間互連的應(yīng)用，將推動(dòng)計(jì)算機(jī)光互連甚至是光計(jì)算的革命，使得計(jì)算速度全面提升，這是硅光技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。
光電工藝設(shè)計(jì)套件（PDKs）的開(kāi)發(fā)對(duì)于硅光技術(shù)在這些領(lǐng)域的商用至關(guān)重要。Ansys基于PDK-driven methodologies的思路創(chuàng)新的提供了一種基于工藝的器件設(shè)計(jì)流程，可以幫助設(shè)計(jì)人員添加符合Foundry生產(chǎn)規(guī)范的自定義器件庫(kù)，快速實(shí)現(xiàn)可用器件庫(kù)的擴(kuò)充。
