湖北九峰山實驗室實現異質集成“芯片出光”
九峰山實驗室8寸硅基片上光源芯片晶圓。九峰山實驗室供圖
人民網武漢10月4日電 (記者郭婷婷)昨日,記者從湖北九峰山實驗室獲悉,該實驗室在硅光子集成領域取得裡程碑式突破性進展。今年9月,實驗室成功點亮集成到硅基芯片內部的激光光源,這也是該項技術在國內的首次成功實現,突破了芯片間大數據傳輸的物理瓶頸。
此項成果採用九峰山實驗室自研異質集成技術,經過復雜工藝過程,在8寸SOI晶圓內部完成了磷化銦激光器的工藝集成。該技術被業內稱為“芯片出光”,它使用傳輸性能更好的光信號替代電信號進行傳輸,是顛覆芯片間信號數據傳輸的重要手段,核心目的是解決當前芯間電信號已接近物理極限的問題。對數據中心、算力中心、CPU/GPU芯片、AI芯片等領域將起到革新性推動作用。
基於硅基光電子集成的片上光互連,被認為是在后摩爾時代突破集成電路技術發展所面臨的功耗、帶寬和延時等瓶頸的理想方案。而業界目前對硅光全集成平台的開發最難的挑戰在於對硅光芯片的“心臟”,即能高效率發光的硅基片上光源的開發和集成上。該技術是我國光電子領域在國際上僅剩不多的空白環節。
“隨著人工智能大模型的開發和應用、自動駕駛、遠程醫療、低延時遠程通訊等領域對算力的需求在不斷增加。由於在單個芯片上增加晶體管密度這條路徑越來越難,於是業界開辟出新思路,將多個芯粒封裝在同一塊基板上,以提升晶體管數量。”九峰山實驗室相關負責人表示,在單個封裝單元中芯粒越多,它們之間的互連就越多,數據傳輸距離也就越長,傳統的電互連技術迫切需要演進升級。與電信號相比,光傳輸的速度更快、損耗更小、延遲更少,芯片間光互聯技術被認為是推動下一代信息技術革命的關鍵技術。
此次,該實驗室硅光工藝團隊與合作伙伴協同攻關,經過近十年的追趕攻關,終成功點亮片內激光,實現“芯片出光”。
相較於傳統的分立封裝外置光源和FC微組裝光源,該實驗室片上光源技術能有效解決傳統硅光芯片耦合效率不夠高、對准調節時間長、對准精度不夠好的工藝問題,突破了制作成本高、尺寸大、難以大規模集成等量產瓶頸。
而通過光電異質集成技術可實現芯片間、芯片內的光互連,將CMOS技術所具備的超大規模邏輯、超高精度制造的特性與光子技術超高速率、超低功耗的優勢融合起來,把原本分離器件眾多的光、電元件縮小集成到一個獨立微芯片中,實現高集成度、低成本、高速光傳輸。光電異質集成技術可有效解決微電子芯片目前的技術瓶頸問題,也是目前信息產業實現超越摩爾技術路線的重要技術方向。
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