摘要：硅光子技術是一項顛覆未來的技術，而基于硅光技術研制的硅光芯片是未來光通信的革新產品。其設計核心是“以光代電”，將光學器件與電子元件整合到一個獨立的芯片當中，利用激光作為信息的傳導介質，提升芯片間的連接速度。本文主要分析了硅光芯片的優勢、市場定位及規模商用面臨的技術難點。

　　摩爾定律指出：當價格一定時，集成電路上元器件的數目大約每隔兩年便會增加一倍，性能也將提升一倍。當今集成電路的發展已趨近于摩爾定律的極限，而硅光技術是延續摩爾定律的發展方向之一，通過硅光集成，用光代替電進行信息傳輸，將大大降低集成電路的成本。

　　硅光芯片的優勢

　　目前，傳統光模塊主要是III-V族半導體芯片、電路芯片、光學組件等器件封裝而成，其本質上還是屬于電傳輸范疇。而隨著晶體管的制造越來越小，傳統三五族光芯片速率達到25Gbps時已趨近于傳輸速率極限。而高速高模塊在數據中心中又有著大量的應用需求，在此背景下，硅光子技術應運而生。

　　硅光技術使用硅和硅基做材料，利用現在的CMOS技術進行集成電路的制造。其不僅有集成電路的超大規模、高精度的特性，還有光子技術高速率、高穩定性、低功耗的有優點。

　　硅光芯片是將硅光材料和器件通過特殊工藝制造的集成電路，主要由光源、調制器、有源芯片等組成，通常將光器件集成在同一硅基襯底上。硅光芯片具有集成度高、成本低、傳輸更好等特點，因為硅光芯片以硅作為集成芯片的襯底，所以能集成更多的光器件;在光模塊里面，光芯片的成本非常高，但隨著傳輸速率要求，傳統晶圓材料成本同樣增加，對比之下，硅基材料的低成本反而成了優勢。

　　硅光芯片的市場定位

　　光芯片是光通信系統中的核心器件，電信號與光信號之間的相互轉化是它的主要功能。未來隨著5G時代的到來，傳統芯片的傳輸速率達到極限，已經不能滿足現代通信對更高傳輸速率和穩定性的要求，硅光芯片相比傳統硅芯的性能更好，在通信器件的高端市場上，硅光芯片的性能更加明顯。

　　5G對流量的速度要求很高，同時 5G的密集組網對硅光芯片的需求大增。硅光芯片定位通信器件的高端市場，這是由于未來的5G將應用在生命科學、超算、量子大數據、無人駕駛等，這些領域對通訊的要求更高，零延時、無差錯是最基本的要求。

　　但目前國內高端光芯片和配套元器件依然需要從國外進口，國產替代率嚴重不足，這也是國家大力推進半導體產業的原因。2018年12月，工信部發布了《中國光電子器件產業技術發展路線圖(2018-2022年)》，大力發展國產光電子元件，掌握關鍵核心技術，擺脫企業對國外產品的依賴。

　　硅光芯片的產業化難題

　　我國在硅光芯片的研發上已經取得了技術突破，科研院所與高校科研隊伍也已經走世界的前列。可是從實驗室到市場還有很長的路要走，國產硅光芯片的產業化還存在著設計架構、制造良率、封裝成本、配套器件等方面難題。

　　1. 硅光芯片在設計方面還面臨著諸多問題，如架構不完善、性能與體積的匹配問題等。前端集成則面積利用率較低，工藝成本高;后端集成制造難度大，尤其是波導制備還很難完成;混合集成的成本與設計難度仍然不小。

　　2. 硅光芯片制造工藝不統一、設備短缺。光學元器件對制造工藝要求更精確，些許偏差就有可能造成巨大問題，這對良品率與制造成本又是一大考驗。

　　3. 硅光芯片封裝分為兩大部分：光學封裝和電學封裝。從光學封裝角度來說，因為硅光芯片所采用的光的波長非常的小，跟光纖存在著不匹配的問題，與激光器也存在著同樣的問題;不匹配的問題就會導致耦合損耗比較大，這是硅光芯片封裝與傳統封裝相比最大的區別。

　　4. 硅光芯片需要的配套光器件很多，如調制器、陶瓷套管/插芯、光收發接口等，而這些光器件仍然面臨技術不完善、制造成本高等問題。

　　結語

　　雖然硅光芯片產業面臨著諸多困難，但不可否認它廣闊的市場前景。現在所面臨的一系列技術問題，正在慢慢得到解決。國內首款商用“100G硅光收發芯片”取得的突破性進展，預示著芯片層面的“光進銅退”將是大勢所趨，硅光子技術實現規模商用化指日可待。