湖北九峰山实验室实现异质集成“芯片出光”
九峰山实验室8寸硅基片上光源芯片晶圆。九峰山实验室供图
人民网武汉10月4日电 (记者郭婷婷)昨日,记者从湖北九峰山实验室获悉,该实验室在硅光子集成领域取得里程碑式突破性进展。今年9月,实验室成功点亮集成到硅基芯片内部的激光光源,这也是该项技术在国内的首次成功实现,突破了芯片间大数据传输的物理瓶颈。
此项成果采用九峰山实验室自研异质集成技术,经过复杂工艺过程,在8寸SOI晶圆内部完成了磷化铟激光器的工艺集成。该技术被业内称为“芯片出光”,它使用传输性能更好的光信号替代电信号进行传输,是颠覆芯片间信号数据传输的重要手段,核心目的是解决当前芯间电信号已接近物理极限的问题。对数据中心、算力中心、CPU/GPU芯片、AI芯片等领域将起到革新性推动作用。
基于硅基光电子集成的片上光互连,被认为是在后摩尔时代突破集成电路技术发展所面临的功耗、带宽和延时等瓶颈的理想方案。而业界目前对硅光全集成平台的开发最难的挑战在于对硅光芯片的“心脏”,即能高效率发光的硅基片上光源的开发和集成上。该技术是我国光电子领域在国际上仅剩不多的空白环节。
“随着人工智能大模型的开发和应用、自动驾驶、远程医疗、低延时远程通讯等领域对算力的需求在不断增加。由于在单个芯片上增加晶体管密度这条路径越来越难,于是业界开辟出新思路,将多个芯粒封装在同一块基板上,以提升晶体管数量。”九峰山实验室相关负责人表示,在单个封装单元中芯粒越多,它们之间的互连就越多,数据传输距离也就越长,传统的电互连技术迫切需要演进升级。与电信号相比,光传输的速度更快、损耗更小、延迟更少,芯片间光互联技术被认为是推动下一代信息技术革命的关键技术。
此次,该实验室硅光工艺团队与合作伙伴协同攻关,经过近十年的追赶攻关,终成功点亮片内激光,实现“芯片出光”。
相较于传统的分立封装外置光源和FC微组装光源,该实验室片上光源技术能有效解决传统硅光芯片耦合效率不够高、对准调节时间长、对准精度不够好的工艺问题,突破了制作成本高、尺寸大、难以大规模集成等量产瓶颈。
而通过光电异质集成技术可实现芯片间、芯片内的光互连,将CMOS技术所具备的超大规模逻辑、超高精度制造的特性与光子技术超高速率、超低功耗的优势融合起来,把原本分离器件众多的光、电元件缩小集成到一个独立微芯片中,实现高集成度、低成本、高速光传输。光电异质集成技术可有效解决微电子芯片目前的技术瓶颈问题,也是目前信息产业实现超越摩尔技术路线的重要技术方向。
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