“芯动力”人才计划——“名家芯思维”硅基光电子集成技术与应用研讨会在宁成功举办

  ICCSZ讯 7月21日，由工业和信息化部人才交流中心(MIITEC)主办、中国光学工程学会和江北新区IC智慧谷承办、南京江北新区人力资源服务产业园、南京市集成电路行业协会、留德中国物理学者学会GCPD e.V.、Luceda Photonics和陕西光电子集成电路先导技术研究院协办的“芯动力”人才计划——“名家芯思维”硅基光电子集成技术与应用研讨会在南京正式拉开帷幕。多名来自我国高等院校的硅光子学权威教授和工业届资深专家出席了研讨会，并发表重要演讲报告。

  在会议开始的致辞中，工业和信息化部人才交流中心IC智慧谷项目办公室主任王喆指出，工业和信息化部人才交流中心作为工信部负责人才培养、人才交流、智力引进、人才战略研究和咨询的重要支撑单位，主要是围绕国家和工信部的重点工作开展人才和智力支撑工作，服务、推动工业和信息化领域的相关产业发展。“名家芯思维”系列研讨会邀请国内外行业领军人物为行业高级管理人才提供行业前沿趋势，发展方向的解读，搭建沟通与交流平台。这次活动也是中心“芯动力”人才计划的一个环节，是中心服务中国集成电路产业发展的具体体现。

  研讨会首先邀请了中国光学工程学会微纳光电子集成技术专家委员会成员，北京大学教授周治平，周教授在硅基光电子领域从事多年学术研究并成功开展了众多光电子项目。周教授在研讨会上做了《硅基光电子芯片及其应用扩展》的主题报告，介绍SPM实验室和硅基光电子学基本内容，包括关键科学研究问题、国际研究新进展趋势，以及可能取得的重大进展和重要应用前景。

  周教授为北京大学硅基光电子学领域建设做出过重要贡献，他介绍了北京大学SPM团队和实验室研究进展。周教授表示，硅基光电子学是探讨微米/纳米级光子、电子及光电子器件的新颖工作原理，并使用与硅基集成电路技术兼容的技术和方法，将它们集成在同一硅衬底上的一门科学。

  硅基光电子芯片的关键在于将光源、光调制、光探测和光波导功能集成在一片硅材料衬底上，实现光器件功能的高度集成，减少光器件中因不同功能的分立导致的高成本。硅光子技术的出现可谓光通讯器件发展的一个划时代的里程碑，如今低成本是数据中心互联的一个关键因素，硅光子是实现数据中心高速率、大容量的合适之选。

  周教授提到了当前硅光子技术存在的科学问题，并且着重介绍了五个关键难题：如何提高硅光子芯片发光效率、如何增强电光效应、如何扩展应用波长、整体能耗的降低方式以及偏上异质集成问题。国际硅光子研究进展方面，周教授结合OFC、ISPEC和IEDM等重要展会及研讨会，讲述了主要的发展趋势。在硅光子基础研究上，主要是片上/片下光源、线性/非线性器件、节能机理和器件小型化。在传输速率上，硅光子在单通道100G、相干或WDM PAM4 200G/400G等会有更多价值，在更大规模的片上集成上，零改变CMOS工艺、45nm工艺和异质集成是主要趋势。

  周教授最后提到，硅材料在光电效应方面存在着先天不足，光子器件在尺寸方面也衍射受限，但通过能级工程、量子调控、表面技术以及纳米技术，这些传统观念已被逐步突破。学术界和工业界都有基本的共识，就是将微电子和光电子结合，开创硅基大规模光电子集成技术，已经成为信息技术发展的必然。

  接着，东南大学先进光子学中心主任崔一平教授做了《硅基微博光子集成技术及应用》的主题报告。崔教授长期从事光电子学方面的研究工作，尤其是在光折变和多光子吸收机制研究方面作出了开拓性贡献，近十多年又在纳米生物光子技术、光通信技术与集成光子技术以及光传感技术方面取得一系列重要成果。

  崔教授做了微波光子技术概述，指出对许多微波光子系统和应用而言，其链路的关键性能指标十分重要，他们包括大的瞬时带宽、高的链路增益、低的噪声系数和大的无杂散动态范围。微波光子集成是微波光子技术在电子战、雷达和通信方面得到实际应用的关键。因此，微波光子器件从传统的分立器件向光子集成化方向发展势在必行。硅基集成具有多功能、低成本和低功耗、体积小、一致性好的优势，更值得我们重视。

  崔教授介绍了微波光子集成材料体系的发展，传统材料如InP、GaAs、铌酸锂，新兴材料如SOI、Polymer、氮化硅、PLZT、氟化钙和硫化砷等。同时还介绍了激光器、调制器、探测器等微波光子核心器件，以及微波光子光学真延时线、微波光子滤波、高速光模拟数字转换等硅基集成微波光子信号处理模块。

  接着，上海交通大学苏翼凯教授做了《基于AEMD平台加工的硅光子芯片》报告，他表示AEMD公共平台拥有价值7800万元的高端设备、25名工程师/行政人员，净化面积1510平方米，配置6寸半导体实验线和3寸非硅实验线以及光电实验室，于2014年11月正式对外运行。苏教授介绍，AEMD设备包括非硅工艺平台、化合物半导体平台、硅基平台、光电显示平台、封装平台和测试平台，具备亚10nm至微米级图形加工能力，可以加工硅基、玻璃基、聚合物基基底。

  他对基于AEMD平台加工的硅光子芯片和器件进行了分析和阐述，包括高效率(19nm/mW)纳米束2x2热光可调谐滤波器、低功耗(0.16mW)纳米束2x2热光开关、基于亚波长光栅的高旁瓣抑制比(>27dB)带通滤波器、高消光比(>30 dB)的偏振分束器和超紧凑的(耦合区长度7.66微米)偏振分束和旋转器。

  南京大学现代工程与应用科学学院江伟教授做了《面向光互联与激光雷达应用的若干硅光研究进展》报告。江教授指出，硅基光子技术按成熟度划分呈现多层次发展的格局：在数据中心光互连、光通信领域已有成熟产品并获得一定的市场份额;在无人驾驶用全固态激光雷达方面正加紧研究与开发;在芯片上光互连等方面还在持续探索。硅光子器件技术在INTEL, Luxtera、IBM、Acacia等的推动下有长足的进步。硅光技术未来发展的一个主要趋势是通过提高集成度、实现更优越的性能，使每个原件的成本更低。 他讲到集成光学中的经典问题――波导集成密度对光学相控阵与激光雷达应用的重大影响;并介绍了利用“波导超晶格”技术提高集成密度，从而实现高性能光学相控阵与激光雷达的技术思路。此外，他还介绍了南京大学在硅基光子器件、合作开发硅光工艺、分级分析工艺偏差等方面的研究进展。

  紧接着，南京江北新区进行了相关人才政策宣讲，包括“创业江北”人才计划、引进顶尖人才团队，集聚科技顶尖专家和培育创新型企业家等政策优惠。江北新区积极推动高层次创业人才引进计划，在资助资金、场地支持、科技创新和风险投资方面基于大力支持。

  下午，上海微系统与信息技术研究所研究员余明斌向观众做了《硅光?技术应?与发展》，余明斌表示，硅光子可以使用CMOS技术，得益于CMOS技术兼容性和CMOS晶圆厂的规模性。他介绍了硅光子发展历史，2005年以前一直处于理论发展阶段，2005年后随着业内顶尖芯片公司做出商用产品，硅光子进入器件层面的发展，2015年后又进一步发展到模块和系统层级，他预计2025年后硅光子将实现更多功能的集成。他继续对比了收发器技术的优劣，以硅光子和II-VI基VCSEL为例，硅光子具有更好的集成能力，可以使用WDM技术并具有很好的扩展性。市场方面，硅光子从2012年开始真正进入到市场逐渐起量阶段。

  本次研讨会除了学术界硅光子研究进展，还有来自工业界专家的技术分析。SiFotonics公司CEO潘栋博士做了主题为《硅基光电?器件在 400g 数据 中?和 5G 的应?》报告，潘博士指出光电子集成主要分成两种，一种是基于InP衬底，另一种是集成技术发生在可进行光电转化的CMOS硅衬底上，他认为需要进一步发展CMOS上的技术，可以提供光芯片的集成度。

  潘博士随后介绍了光子集成电路的演变，特别是CMOS工艺的硅光子集成电路，以IBM、Intel、SiFotonics、Luxtera等公司为代表。CMOS工艺能很好地有源器件和无源器件，现有CMOS晶圆厂也具备高集成平台。而硅光产品的现状，潘博士介绍了Sifotonics商用产品，如芯片级PIN/APD、4x25G/25G APD ROSA和联合Elenion推出的100G ICR，在模组层面，Intel 100G CWDM4/8、luxtera 100G PSM4和ACACIA 100G-1200G相干模块代表硅光子商业化的最新成果，华为、思科和Kaiam 等公司也在积极推进硅光产品的发展。

  硅光子核心竞争力，潘博士总结为低成本新材料体系，Si的光器件要显示突破性的高性能、成熟CMOS工艺和产线、以及硅光集成技术。他对比Intel、Luxtera、Acacia和Sifotonics在不同传输距离的投入。 目前Sifotonics投入了5000万美元进行研发。

  随后，Mentor公司全球晶圆厂设计平台负责人陈昇祐总监和Luceda Photonics公司曹如平博士一同做了《可靠并且差异化的硅光设计 制作》报告，讲述硅基光电子技术的研究进程，包括器件、工艺和线路，以及先进CMOS工艺的整合。他们还介绍了硅基光电子芯片设计方法的演讲，认为设计思维要向电子芯片设计流程借鉴，并指出，过去电子芯片产业的蓬勃发展得益于晶圆代工的商业模式以及完整的设计验证流程，帮助芯片设计师得以专注于大规模的设计。硅基光电子芯片产业可依循相同的发展模式蓬勃壮大，Mentor公司的Tanner 平台与 Luceda 整合，和全球各大先进的硅基光电子晶圆代工厂合作提供工艺设计套件 (PDK)，包含验证过的有源器件、无源器件以及功能模块，帮助硅基光电子芯片设计师进行系统设计、原理图设计、Mentor Calibre物理版图验证方法以及光刻仿真，实现大规模且可制造性的设计，满足数据中心传输、激光雷达(LiDAR)以及生物传感器等应用。在Tanner并内建通用硅基光电子工艺设计套件 (Generic Silicon Photonics PDK, GSiP PDK)，可以帮助用户熟悉先进的设计思路，也可以作为国内工艺线制作先进 PDK 的参考起点，曹如平博士对硅光子软件设计进行了详细解说，让观众更加深入的学习硅光子芯片设计思路，打开创新思维。

  研讨会最后进入对话环节，北京大学周治平教授、Luceda光子公司曹如平博士、Sifotonics CEO潘栋博士、Mentor公司陈昇祐总监、南京大学江伟教授和上海微系统与信息技术研究所研究员余明斌出席论坛担任嘉宾，跟台下观众进行近距离问答互动，交流当下技术与硅光子的结合道路。