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計(jì)算速度比電子芯片快約1000倍

，功耗卻更低——光子芯片

，成為當(dāng)下各國(guó)爭(zhēng)相布局的前沿產(chǎn)業(yè)

。隨著芯片技術(shù)升級(jí)迭代

，光子芯片有望成為新一代信息領(lǐng)域的底層技術(shù)支撐

，正催生一大批新應(yīng)用

、新產(chǎn)業(yè)

，擁有巨大的市場(chǎng)前景。記者從中關(guān)村前沿科技企業(yè)中科鑫通獲悉

，國(guó)內(nèi)首條“多材料

、跨尺寸”的光子芯片生產(chǎn)線預(yù)計(jì)將于2023年在京建成，填補(bǔ)我國(guó)在光子芯片晶圓代工領(lǐng)域的空白

。

芯片產(chǎn)業(yè)向“光”而行

通俗地說

，在傳統(tǒng)的電子芯片中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體是電子

，而在光芯片中

，數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體變成了光子。相較于電子芯片

，光子芯片具有高速并行

、低功耗的優(yōu)勢(shì)，其計(jì)算速度及傳輸速率是電子芯片的1000倍

，而功耗僅為電子芯片的九萬分之一

。

1965年，英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾提出摩爾定律

，預(yù)測(cè)每隔18個(gè)月到24個(gè)月

，芯片的晶體管密度就會(huì)增加一倍。然而

，以硅為基礎(chǔ)的電子芯片發(fā)展了幾十年后

，承載能力已經(jīng)逼近物理理論的極限。光子芯片的出現(xiàn)

，被看作突破摩爾定律的重要途徑之一

。

一位芯片行業(yè)資深從業(yè)者介紹，當(dāng)電子通過晶體管等傳統(tǒng)集成電路元件時(shí)

，會(huì)遇到阻力并產(chǎn)生熱量

。隨著設(shè)計(jì)者不斷將更多元件添加到芯片之中

，產(chǎn)生的熱量自然會(huì)升高。電子這一特性甚至成了微型芯片性能提升的障礙

，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)能耗高的主要原因

。相較之下，光子芯片不存在電阻問題

，因此其產(chǎn)生的熱量更少

、能耗更低

、計(jì)算速度也更快

。

全球權(quán)威IT咨詢公司Gartner預(yù)測(cè)，到2025年全球光芯片市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)561億美元(折合人民幣約4041.16億元)

。中國(guó)工程院院士

、清華大學(xué)教授羅毅此前在接受媒體采訪時(shí)說，我國(guó)光電子芯片研究正和國(guó)際先進(jìn)水平“并跑”

。

值得注意的是

，在制造工藝上，光子芯片對(duì)結(jié)構(gòu)的要求不像電子芯片那樣嚴(yán)苛

。“光子芯片不會(huì)像電子芯片那樣必須使用極紫外光刻機(jī)(EUV)等極高端的光刻機(jī)

，使用我國(guó)已經(jīng)相對(duì)成熟的原材料和設(shè)備就能生產(chǎn)。”有二十余年芯片從業(yè)經(jīng)驗(yàn)的中科鑫通微電子技術(shù)(北京)有限公司總裁隋軍說

。

光芯產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)領(lǐng)域?qū)嵙Ρ∪?/p>

正因?yàn)楣庾有酒闹T多優(yōu)勢(shì)

，芯片由“電”到“光”的轉(zhuǎn)換，被視為國(guó)產(chǎn)芯片實(shí)現(xiàn)突破的重要技術(shù)路線之一

。北京市第十三次黨代會(huì)報(bào)告中提到

，“圍繞光電子、生命科學(xué)

、低碳技術(shù)等領(lǐng)域前瞻布局未來產(chǎn)業(yè)

。”

在中科鑫通展廳，記者見到了不同大小的光子芯片晶圓

。“加工后的晶圓經(jīng)過切割等一系列工序后

，就變成一顆顆芯片。”隋軍說

，與用來制作電子芯片的硅晶圓不同

，光子芯片晶圓的襯底雖然也是硅，但是在襯底上還覆蓋著一層氮化硅或薄膜鈮酸鋰等特殊光電材料

。

在創(chuàng)辦中科鑫通前

，隋軍已深刻體會(huì)到國(guó)內(nèi)企業(yè)在集成電路方面仍處于補(bǔ)短板的階段。“在電子芯片領(lǐng)域

，即便用同樣的設(shè)備和材料

，不同芯片代工廠生產(chǎn)出的芯片性能指標(biāo)卻大不相同

，為什么?壁壘就在于工藝。”他說

，目前的光子芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展依然沒有擺脫在設(shè)計(jì)和應(yīng)用領(lǐng)域規(guī)模較大

，而在設(shè)備、制造

、封測(cè)等基礎(chǔ)領(lǐng)域?qū)嵙θ跣〉木置妗?/p>

至今

，我國(guó)尚沒有一家專業(yè)的光子芯片代工企業(yè)，國(guó)內(nèi)光子芯片行業(yè)尚未形成成熟的設(shè)計(jì)

、代工

、封測(cè)產(chǎn)業(yè)鏈。隋軍透露

，中科鑫通目前正籌備建設(shè)國(guó)內(nèi)首條“多材料

、跨尺寸”光子芯片生產(chǎn)線，將于2023年建設(shè)完成

，能滿足通信

、數(shù)據(jù)中心、激光雷達(dá)

、微波光子

、醫(yī)療檢測(cè)等領(lǐng)域的市場(chǎng)需求。該生產(chǎn)線建成后

，將填補(bǔ)我國(guó)在光子芯片晶圓代工領(lǐng)域的空白

，有望加速國(guó)產(chǎn)光子芯片替代的規(guī)模化進(jìn)程

。

光子芯片應(yīng)用未來可期

芯片除了應(yīng)用于通信

、供電、溫度濕度感應(yīng)

，還能進(jìn)行病毒檢測(cè)

。一個(gè)月前，在中關(guān)村前沿大賽集成電路領(lǐng)域決賽的舞臺(tái)上

，隋軍在現(xiàn)場(chǎng)展示的生物光子芯片項(xiàng)目打開了不少人對(duì)芯片的想象空間

。在光子芯片光波導(dǎo)上涂敷對(duì)病毒敏感的試劑，就能分析出病毒生物分子的類型以及含量

。

生物檢測(cè)只是光子芯片的諸多應(yīng)用場(chǎng)景之一

。近年來，光子芯片的應(yīng)用場(chǎng)景早已不局限于通信領(lǐng)域

，廣義上的光子芯片在工業(yè)

、消費(fèi)電子、汽車

、國(guó)防等領(lǐng)域均有非常廣泛的應(yīng)用

。例如在人工智能領(lǐng)域

，光子芯片可應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、語音識(shí)別

、圖像識(shí)別

、醫(yī)療診斷、虛擬現(xiàn)實(shí)等

。此外

，現(xiàn)在的云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心，已經(jīng)大量采用了基于光子芯片的光收發(fā)模塊

，隨著數(shù)據(jù)中心對(duì)于算力的需求與日俱增

，光子芯片也有望發(fā)揮更大的作用。

“未來兩三年,我們將充分利用已有科研成果

，在諸如病毒快速檢測(cè)

、激光雷達(dá)

、量子計(jì)算機(jī)

、大容量數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域提供切實(shí)可靠的國(guó)產(chǎn)核心芯片與方案支撐，加速國(guó)內(nèi)量子信息

、人工智能以及6G等前沿領(lǐng)域的實(shí)用化與規(guī)?div id="4qifd00" class="flower right">

；l(fā)展。”隋軍說

。(本報(bào)記者孫奇茹)

關(guān)鍵詞：光子芯片生產(chǎn)線芯片產(chǎn)業(yè) 電子芯片傳統(tǒng)集成電路元件

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