从“电”到“光”！ 国内第一条多材料光子芯片生产线明年建好

　　计算速度比电子芯片快约1000倍，但功耗低于——光子芯片，已成为目前各国竞相布局的前沿产业。 随着芯片技术不断升级，光子芯片有望成为新一代信息领域基础技术的支撑，产生许多新的应用、新的产业，具有巨大的市场前景。 中关村前沿科技企业中科鑫通介绍，国内第一条“多材料、跨尺寸”的光子芯片生产线有望于2023年在北京建成，填补我国光子芯片在晶片代理领域的空白。

　　芯片产业向着“光”前进

　　通常，在现有的电子芯片中，数据传输的载流子是电子，在光芯片中，数据传输的载流子是光子。 与电子芯片相比，光子芯片具有高速并行、低功耗的优点，其运算速度和传输速度是电子芯片的1000倍，功耗仅为电子芯片的九万分之一。

　　1965年，英特尔联合创始人戈登摩尔提出摩尔定律，预测每18到24个月芯片晶体管密度将翻倍。 摩尔定律后来不仅成为计算机处理器的制造标准，也被认为是科技行业发展的预言。 但是，在基于硅的电子芯片发展了几十年之后，承载能力已经接近物理理论的极限。 光子芯片的出现被认为是突破摩尔定律的重要方法之一。

　　一位芯片行业的资深员工介绍说，电子通过晶体管等传统集成电路元件时，会产生电阻和热量。 随着设计者不断在芯片上添加更多的元件，产生的热量自然会上升。 电子这一特性是提高微流控芯片性能的障碍，同时也是计算机功耗高的主要原因。 相比之下，光子芯片由于没有电阻问题，发热量少，功耗低，计算速度也快。

　　全球权威IT咨询公司Gartner预计，到2025年全球，光芯片市场规模将达到561亿美元(折合人民币约4041.16亿元)。 中国工程院院士、清华大学教授罗毅此前接受媒体采访时表示，中国光电子芯片研究与国际先进水平“并驾齐驱”。

　　值得注意的是，在制作工艺中，对光子芯片的结构要求没有电子芯片那么严格。 “光子芯片像电子芯片一样必须使用极紫外光刻度机( EUV )等极高端刻度机，可以使用我国比较成熟的原材料和设备进行生产。 ”有着20多年芯片经验的中科鑫通微电子技术(北京)有限公司总裁隋军说。

　　多材料生产线有望填补空白

　　由于光子芯片的诸多优势，芯片从“电”到“光”的转换被视为国产芯片实现突破的重要技术路线之一。 北京市第十三次党代会报告称，“将围绕光电子、生命科学、低碳技术等领域前瞻布局未来产业”。在中科鑫通展厅，记者看到了不同大小的光子芯片晶片。 “加工后的晶片经过切割等一系列工序，成为一个芯片。 ”隋军说，与制作电子芯片的硅片不同，光子芯片晶片的衬底也是硅，但衬底上覆盖有氮化硅、薄膜铌酸锂等特殊光伏材料。

　　在创办中科鑫通之前，隋军就已经深刻体会到国内企业在集成电路方面还处于补短板阶段。 “在电子芯片领域，为什么即使使用相同的设备和材料，不同的芯片代工厂生产的芯片性能指标也会有很大的不同？ 墙壁在工艺上。 ”他表示，在当前光子芯片产业的发展中，尚未摆脱设计和应用领域规模较大，设备、制造、封装等基础领域实力较弱的局面。

　　目前，我国还没有专业的光子芯片代工企业，国内光子芯片行业还没有形成成熟的设计、代工、封装产业链。 隋军表示，中科鑫通目前正在筹备建设国内第一条“多材料、跨尺寸”光子芯片生产线，将于2023年建成，以满足通信、数据中心、激光雷达、微波光子、医疗检测等领域的市场需求该生产线建成后，有望填补我国光子芯片在晶圆代工领域的空白，加快国产光子芯片替代规模化进程。

　　光子芯片应用前景

　　芯片除了应用于通信、供电、温湿度传感器外，还可以进行病毒检测。 一个月前，在中关村前沿大赛集成电路领域决赛舞台上，隋军现场展示的生物光子芯片项目打开了很多人对芯片的想象空间。 在光子芯片的光波导上涂上病毒敏感试剂，可以分析病毒生物分子的类型和含量。

　　生物检测只是光子芯片众多应用场景之一。 近年来，光子芯片的应用场景已不局限于通信领域，广义光子芯片在工业、消费电子、汽车、国防等领域应用十分广泛。 例如在人工智能领域，光子芯片可以应用于自动驾驶、语音识别、图像识别、医疗诊断、虚拟现实等。 另外，当前的云计算和数据中心多采用基于光子芯片的光收发模块，随着数据中心对计算能力需求的提高，光子芯片也有望发挥更大的作用。

　　“未来两三年，我们将充分利用已有的科研成果，在例如病毒快速检测、激光雷达、量子计算机、大容量数据通信等领域提供可靠可靠的国产核心芯片和方案支持，为国内量子信息、人工智能以及6G等前沿领域的”隋军说。