第五届中国硅光产业论坛圆满举办

  ICC讯 5月17日，由国家信息光电子创新中心主办，讯石咨询承办第五届中国硅光产业论坛(SiPC China 2023)在武汉光谷圆满举行，本届论坛汇聚国内外光电子行业达350余人，探索硅基光电子的技术研究现状、硅光子产品的商业化发展，以及未来光电子技术演变路径下硅基光电子的应用需求。来自NOEIC、中国信通院、中国联通研究院、九峰山实验室、三安集成、逍遥科技、阿里巴巴、中科创星、中科院微电子所、武汉光电国家研究中心、华工正源、仕佳光子、光迅科技、Newport、摩尔芯光、苏州六幺四、鹏城实验室的技术、市场和投资专家先后发表行业报告。

  国家信息光电子创新中心董事长黄宣泽在会上致辞表示，中国光器件产业已经成为全球最大的单一市场和最强产业供应链。光行业应继续发挥全产业链的技术和制造优势，努力突破硅光技术的发展，是成为全球价值链顶端的关键，硅基光电子也是我国有望率先实现突破掐脖子技术的领域。本届硅光产业链汇聚当前国内优秀的硅光技术研究和产业化工作者，汇聚最强的硅光领域攻坚力量。黄总宣布第五届硅光产业论坛正式开幕，祝愿所有光电同仁身体健康，共同进步！

  国家信息光电子创新中心总经理肖希博士发表《构建创新技术平台，赋能硅光产业突破》，国家信息光电子创新中心于2017年10月获工信部批准，致力于突破产业链关键共性技术瓶颈，促进成果转化，支撑新一代信息技术产业发展。在硅光领域，创新中心突破的硅光关键共性技术成果案例包括超高速光器件、光电协同技术、先进传输和控制算法、高频高密度等，创新中心在高速率MZ调制器、电吸收调制器、微环调制器等有源器件上都获得了优秀的研发成果。硅光是未来网络通信系统的基石，国家信息光电子创新中心将积极搭建产学研交流平台，做好双链融合纽带，谋划我国硅光发展路线图和发展战略。

  中国信通院技术与标准研究所副所长赵文玉发表《算力时代硅光典型应用探讨》，硅光技术的关键特征是将微纳级光/电子器件集成在同一硅衬底，将超大规模制造、高集成度低成本与超高速率、超功耗相结合。在核心的光源问题上，目前硅基光源主要分为：外置激光光源；片上集成Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体；制备硅基发光材料三种途径。硅基发光已经成为公认的世界难题，但业界仍在不断探索。对于硅光未来的应用发展，在通信应用方面，基于硅光的可插拔产品会在数通100G中短距、400G及以上短距保持一定优势。而CPO技术崛起，硅光样机叠出，未来将会形成竞争共存。硅光I/O可为计算提供高性能接口，已得初步应用。硅光计算是使后摩尔时代计算技术突破传统微电子计算极限的实际可行方案，产业整体处于起步阶段，预计将先在部分专用市场中形成产品竞争力。硅光生化传感技术取得初步成果，基于硅光的FMCW固态激光雷达将赋能新型自动驾驶。

  中国联通研究院光传输首席研究员沈世奎博士发表《硅基光电子集成技术在运营商网络中的应用探讨》，目前光器件市场仍以III-V族材料(InP和GaAs等)为主，但硅基光电子集成材料市场份额逐步提升，两者共同发展并，各有侧重；最终用户并不以材料体系和技术实现来选择解决方案，而是以能否满足应用需求，低成本建网为目的。在超100G短距离应用中，硅基光电子集成技术存在优势，更多应用仍然是来数据中心。如何让电信网络共享数据中心产业链红利，是当前需要考虑和解決的问题。在城域相干应用中，尤其是在波分下沉趋势下，硅基光电子集成技术存在优势和应用潜力。中国在硅基光电子集成产业链还存仍较大差距，国内公司更多集中在芯片设计和光模块封装制造等环节，必须在仿真设计工具、工艺产线等上下游补齐短板，构建完整的硅基光电子集成产业链，才有可能迎头赶上。

  九峰山实验室光电技术总监刘思旸博士发表《JFS硅基化合物光电集成平台与技术》报告，九峰山实验室于2021年成立，基础建设和设备总投资规模约80亿元，聚焦化合物半导体，建立世界先进并具中国特色的公共的、开放的、共享的科研平台。硅基光电子技术的异质集成需求主要解决发光 (InP)和探测 (Ge)功能的缺失，以及突破更低损耗 (SiN)、更高速率 (TFLN) 、 更高密度 (2.5D/3D集成)等性能瓶颈。当前以TOWER、Global Foundies、Imec、新加坡AMF等晶圆制造公司引领全球硅基异质集成平台现状发展，而国内硅基异质集成平台的缺失，主要是缺乏明确产品形态及需求方牵引以及CMOS工艺线禁止异质材料进入。九峰山实验室瞄准国内对硅基异质集成技术平台的需求，JFS硅基异质集成技术开发项目宗旨是解决硅基异质集成中的共性技术瓶颈，面向产业需求的晶圆级硅基异质集成共性技术开发，包含InP、TFLN等材料，运作模式以JFS作为项目发起方，多方作为 J-WHIP成员共同参与技术开发，共享技术IP成果。

  三安集成产品经理王迪发表《大功率HP DFB在硅光领域的应用》报告，三安集成光芯片已在5G网络、移动终端、新能源、光通信等诸多应用中大批量交付。凭借优异的产品性能和实测可靠性以及准时交付能力，获得全球客户的信赖。针对硅光应用，三安集成提供40mW/70mW CWDM4/1310nm EEL（DFB），目前40mW HP DFB和70mW HP DFB皆获得优秀测试数据，40mW HP DFB已通过各类双85°C 2000小时可靠性测试。厦门市超光集成电路有限公司，由 POET Technologies Inc.与厦门市三安集成电路有限公司合资，于2021 年初成立。通过采用先进的硅光集成封装技术，开发、制造和提供高速光互联产品和解决方案。POET optical interposer 是集成了多种光学元件的硅光芯片，具有尺寸小、低损耗、温度不敏感，与CMOS工艺兼容等特点。SPX OE采用先进的flip-chip设计和混合集成工艺，具有尺寸小、功耗低、成本低和设计新颖等特点，便于客户应用，并极大地简化客户的产品设计。

  逍遥科技产品总监陈昇祐发表《光电芯片设计使用 PIC Studio 进行仿真及版图实现验证》报告，公司聚焦超越摩尔的EDA软件开发，自主研发的PIC Studio是一款支持光电芯片原理图设计、仿真及版图验证的国产EDA软件，目前已用于商业用户的硅基以及化合物光电芯片设计流程中，该软件形成了国产自主知识产权，其特点优势在于依托国内优秀开发团队，可快速响应光电子芯片客户的客制化开发需求。此外，PIC Studio提供开放式设计环境，可以兼容FDTD/EME/FEM/TCAD 等求解器以及 Spice 仿真器。为培养硅光芯片设计开发水平发展，逍遥科技提供一系列硅光芯片设计培训教程，包括硅光芯片链路设计与仿真教程使用pSim实操上手完成硅光链路设计，以及硅光芯片版图设计教程，使用 PhotoCAD学习器件、链路及自动布局布线。

  阿里巴巴资深技术专家梁迪发表《硅基光电子技术持续发展的前景展望》报告，当前全球硅光生态圈日渐成熟，但硅光芯片如何集成光源仍是业界硅光技术发展所面临的难题，基于InP材料的DFB激光器在硅平台上实现异质集成被认为是有效的解决方案。硅光技术发展的痛点包括如何实现更高速调制的200+G硅光MZI高速调制、如何进行薄膜铌酸锂调制器的异质集成。密集波分复用（DWDM）依然是带宽持续迭代的方式之一。此外，硅光技术发展痛点还在于如何真正将CMOS平台的低成本、大规模制造优势带到光电子领域，更高密度CPO共封装光学应用将有望成为推动硅光芯片真正大规模化的驱动力。

会议主持人：国家信息光电子创新中心 傅焰峰博士

  中科创星创始合伙人袁博发表《科技投资至光电子》报告，新一代信息技术是智能化时代的基础，光电子技术是支撑其发展的核心技术。根据国际光学工程学会SPIE统计分析，2012年光子产业的总营收为1.5万亿美元。中科创星在光纤传感、光纤通信、激光通信、光子计算、量子计算、数据中心、光子存储、AR/VR等光子领域进行了诸多投资布局，在信息传输领域，光通信领域的硅光应用趋势已经被验证：数据中心场景下CSP和云提供商正转向大规模数据中心，Capex支出特续提升以支持客户的高带宽需求，通信速率正由100-200C向400G、 800G、1.6T、32T迭代，而且达代周期持续缩短；多通道技术成为确定需求，高集成高速硅光芯片成为性价比更优越的选项。

  中科院微电子所研究员李志华发表《SiN-Ge-SOI硅光集成工艺开发》报告， 硅光技术是基于硅和硅基衬底材料(如 SiGe/Si、SOI 等)，利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。中科院微电子所（IMECAS）基于8英寸CMOS工艺线开发了成套硅光技术，包括硅光流片工艺库和基础器件库，制定了硅光器件和芯片的设计规则和工艺规范，形成了硅光PDK。2017年5月正式发布国内首个具有完整硅光工艺流片能力的硅光平台，成为硅光共性技术研发基地。截止到2023年4月，微电子所硅光子平台已为280个客户提供了22批次MPW流片服务和70次定制化流片服务，成为连接科研单位和工业界的中间纽带，为我国硅光子技术研究和产品研发提供了有力的支持。

  武汉光电国家研究中心国伟华教授发表《薄膜铌酸锂调制器的商业化思考》报告，薄膜铌酸锂材料具有高带宽、低偏置电压、低片上损耗并支持高功率、线性电光响应等诸多优势。在单通道调制器上，薄膜铌酸锂余传统体铌酸锂和InP EML相比具有更强调制性能，但耦合损耗劣势需要进一步解决。薄膜铌酸锂调制器想要进入PON市场，还需要解决与高功率DFB激光器集成的瓶颈。在多通道调制器方面，在数据中心应用主要面临EML调制器和硅光调制器的竞争，薄膜铌酸锂调制器需要解决芯片良品率，找到合适的晶圆尺寸和激光器集成方式。薄膜铌酸锂调制器本身拥有很好的参数指标，也面临着很好的商业化机会。武汉光电国家研究中心提出倒装焊结合垂直耦合的方案，并携手宁波元芯光电等合作伙伴验证该方案的可行性，这将有助推动薄膜铌酸锂商业化发展。

  华工正源数据中心产品线产品经理韩静发表《超高速硅光模块应用发展》报告，从数据中心网络架构、人工智能对带宽的驱动、LPO（线性驱动可插拔光学）的特点及优势、LPO的关键技术及进展等方面，对下一代光电子技术进行了详细的阐述。韩静提出：光模块的发展始终受用户低功耗、低成本、高密度需求的影响，其演进方向为单波长速率、调制级数和调制模式。当前AI应用驱动算力基础设施部署新型交换机，更大带宽和更多光学。LPO技术无需DSP或者CDR芯片，但是Driver需要集成CTLE功能，TIA需要集成Pre-emphasis功能。相比传统的DSP方案，LPO技术能够显著降低功耗和延迟。

  仕佳光子无源产品线总经理尹小杰发表《基于二氧化硅材料的无源光波导芯片技术研究及工艺平台建设》报告，硅基二氧化硅光波导材料具有传输损耗小、光纤折射率匹配带来低耦合损耗、机械强度高以及半导体工艺流程部分兼容，制作工艺相对成熟等优势，基于二氧化硅材料大多应用于无源器件的制作，如光分路器、AWG、光栅滤波器、耦合器、热光开关、可调光衰减等。仕佳光子投资5亿多元，打造6400平方米超净间的PLC光子集成平台，拥有国内最先进的6英寸PLC产线、技术研发团队和自主设计研发能力。由于光的维度太多，单一材料体系很难实现集成，无源/有源混合集成将是未来，多材料体系混合集成将成为未来发展趋势之一。此外在硅光技术的推动下，无源光芯片的标准化流片在进一步推进。

  光迅科技集成产品线总监、正高级工程师罗清发表《ZR在互联网中的应用》报告，在IP Over DWDM的趋势下，小体积的QSFP56-DD/OSFP封装获得应用，同时支持 OIF 400ZR／OpenZR＋ 光电规范，符合CMIS和C-CMIS MSA等软硬件协议标准，不同厂商间具备实现互联互通基础。800ZR coherent 标准取得了一些发展，ROSNR tolerance 和Rx Power Range 两项关键光学规格达成共识，LD/FEE/FDD 定义，信道划分、光学指标和性能监控等方面，大体沿用400ZR 标准过渡到800ZR。而ZR相干光器件发展趋势体现在ITLA采用Nano封装甚至TOSA封装趋势演进，线宽要求300KHz→100KHz；CDM和ICR 在400G/800G ZR 时代SiPh是主流，COSA或MCM封装是优先选择。最后，AIGC对相干ZR的需求产生影响，更大级别算力需求或带来更大规模的分布式算力要求，有望推动800ZR提前部署。

  Newport高级应用工程师尹磊发表《硅光子学中的精密对准和测量》报告，仪器集团MKS是一家以技术为导向的科技公司，2022年营收达到35亿美金，研发投入高达2.4亿美金。全球员工有11,000人，大约有4000~5500位都是高级工程师。MKS产品涵盖了半导体的全球市场，拥有全球33000家客户。Newport对发射器和接收器技术做了更多的光对准技术，以方便单格焊接的制度等工艺。Newport设备的目的是为了减小光传输的损耗，并提高数据传输的精度。关于耦合质量提高的挑战主要有两点，一是耦合通道数，不管是单模还是多模光纤，都存在一端固定另一端进行组合，以及中间固定两端耦合的方式。第二就是光束的形状，常规的光纤如果发生的直径是两微米的话，一般建议做精密对比的时候，控制在在20~200纳米内。

  摩尔芯光联合创始人王冠发表《基于硅光集成技术的FMCW激光雷达》报告，激光雷达架构演进基本分为机械旋转式、转镜/MEMS振镜和Flash/OPA，当前激光雷达主流为半固态MEMS帧镜方案，而未来行业将聚焦以基于基于硅光的全固态激光雷达解决方案，即FMCW和OPA激光雷达，该方案采用1550nm低功率激光器和标准Ge PIN探测器（非SPAD/APD），关键技术包括窄线宽激光器、调制方式、线性化技术和硅光芯片。FMCW激光雷达在国外已有相关产品商用案例，国内产业仍需要继续努力追赶。摩尔芯光拥有全球领先的硅光集成技术，整体采用硅光OPA + FMCW的技术路线，致力于打造极致性能、可靠性好、成本低的全固态激光 雷达（LiDAR）芯片及系统解决方案。

  苏州六幺四创始人傅剑斌发表《基于微波光子技术的光电矢量分析技术及应用》， 光电矢量分析技术包括采用标准光电频响传递技术，内置经计量的光电接收机，通过待测件余计量件的对比测试，解耦计算得到光电器件的频率响应。六幺四与罗德与施瓦茨（R＆S）建立合作关系，共同打造通用光电元器件分析系统，测量频率最高达110GHz，支持C波段、0波段和850nm波段，支持100/400/800Gbps光模块芯片测试，典型用户包括海思、华为、海信、NOIEC等。光电矢量分析技术面临国外长期垄断的局面，现有计量技术以外差法和光电采样法，频率分辨率有限（MHz），且实施难度大。此外面向相干光通信的器件频域测试尚无可商用的频域参数测试方案。

  深圳鹏城实验室副研究员李科发表《112G波特率光电集成硅光发射机》报告，电学放大器和硅光调制器具有相同的设计逻辑，例如偏置电压、器件本征带宽、提升带宽的方式（比如电感峰化技术）、更大版图面积/功耗余更大插损/器件尺寸等，建议把电学领域用于提升电学放大器的技术应用到电光调制器的设计实践中。硅光调制器的带宽极限和性能极限远未到来，光电融合并非业界认为的光芯片+电芯片做简单的物理级联和联合仿真，而是需要使用电芯片CMOS工艺的设计原来和成熟工程逻辑去设计光芯片，以实现光电系统。此外，业界需要解决的问题并非突破下一个性能极限，而是寻找创造新的功能。