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硅光子:大批量可体现价格优势 集成发展待产业链齐全

摘要:日前,在讯石第十五届光纤通讯市场暨技术专题研讨会上,青岛海信电器股份有限公司首席科学家、美国麻省理工学院(MIT)博士黄卫平所主持的“关于硅光子”的论坛引起了众人的热烈反响,在论坛上,关于硅光子的众多谜团都得到了一定的阐述。

  ICCSZ讯    日前,在讯石第十五届光纤通讯市场暨技术专题研讨会上,青岛海信电器股份有限公司首席科学家、美国麻省理工学院(MIT)博士黄卫平所主持的“关于硅光子”的论坛引起了众人的热烈反响,在论坛上,关于硅光子的众多谜团都得到了一定的阐述。本次论坛邀请了SiFotonics CEO潘栋,北京大学教授周治平,中科院上海微系统所研究员甘甫烷,ST 数字产品事业部亚太区市场总监Kirk Ouellette,华为固定网络研究部主任工程师曾理作为嘉宾。

(左起:青岛海信电器股份有限公司首席科学家 黄卫平、SiFotonics CEO潘栋、北京大学教授周治平、

中科院上海微系统所研究员甘甫烷、ST 数字产品事业部亚太区市场总监Kirk Ouellette、

华为固定网络研究部主任工程师曾理)

  会上,黄首席提出了第一个问题:硅光技术目前最成功的商业应用到底有哪些?与竞争的技术相比,硅光技术在这些应用中的主要优势是什么?

  潘栋:大家说硅,第一个是集成,第二就是便宜。我们从这些年的经验里面发现,这个说的对也不对。现在在相干领域,我们自己的经验发现,因为这里面全部集成了这个晶片化,改变了很多事情,实际上你从市场的切入还有成本的优势上面,它其实都显示了非常强大的竞争性能,我们自己的相干芯片在给客户看的过程中,把很多的东西集成在一个很小的大概4*5mm的芯片上,集成大概三十多个芯片的时候,这个客户自己都觉得很震撼,而且价钱空间的确具有非常强大的竞争性能,同时也比较好推,这是我目前的经验,深有体会的。

  甘甫烷:我觉得硅光子要强调的是:它是有价格优势的,以后相干通讯有什么我们不知道,硅光子价格优点什么时候能体现出来呢?相信是量的问题,一旦有规模效应,价格就会下来,一旦量起来了,完全有可能做的很便宜的。我很坚信这一点。

  曾理:我是来自固网产品线的。站在我们这个角度来看,其实对于硅光子的选择我们产品线并没有把它定位成唯一的方向,总的原则还是说希望提供性价比高的产品。但是我们产线看待硅光子的出现,还是把它定位为一个比较潜在的技术。前段时间,像刚刚提到的Acacia就出来了,它就是在光模块的集成度上面相对于以前传统的东西集成度有很大的提高。这个就是给我们产品线感受到的硅光子有一个比较大的应用潜力。但我个人觉得Acacia的商业模式虽然有成功的地方,但不一定适合国内的光块厂家。像甘教授刚才也提到了,Acacia的成功其实在于一个是硅光子的本身,第二个是它的DSP能力。所以它必须有一些系统的集成的能力和光器件整合的能力,才能把这个东西做成功。所以硅光子在相干的应用上面,有很大一块是整合,不仅是一个器件问题,还要包括系统的信号处理的整合。还有一个大家看到比较短距的这一块,是比较潜在的。恰恰在一些数据中心,连接500米,2公里,我们需要一个低成本,高集成度,高密度的光模块,所以这一块恰好切合的是硅光子技术的特点。所以我觉的在未来商业机会上面,在短距上,硅光子还是有些潜力的。

  黄首席:总结几位嘉宾的的阐述,现在最重要的两个应用,一个是相干的收发器,在一个就是100G的数据中心的PSM4 ,这两个应用中硅光似乎都是一个实用技术,它在整个子系统中都起着非常重要的作用。

  接下来,黄首席提出了第二个问题:在光通讯这个领域,硅光技术下一个产品或者应用是什么呢?哪些已经成熟,哪些还有待成熟?

  曾理:我本来对短距模块的应用期待比较高的,但刚刚也看到我们走硅光子的路上碰到很多挑战。现在看来成熟的地方是单元的器件。未来最大的挑战是集成,包括光纤输出的耦合,现在是硅光子造成损耗的主要原因;第二个是光源的集成,现在比较成熟的光源应用是倒装(Flip chip)的方式,倒装方式需要采用比较高精度的加工设备,对加工制造方面要求很高,最近英特尔将这种高精度加工变成了光学的加工方式,往前走了一步。另外,未来可能还要考虑工艺平台,我想工艺平台可能是硅光子最大的限制,目前大家都希望硅光子能够借用CMOS的平台,但实际上我们在研究的时候发现很多的一些加工步骤跟CMOS还是有区别的,特别是在混合集成之后,那也就是必须要有单独的硅的生产产线。在这样的产线,硅光加工时也会产生很多问题,包括混合集成之后带来工艺的挑战,比如说高温的工艺、可靠性的工艺等一系列的问题。所以我觉得硅光未来在混合集成之后的挑战还是蛮大的。

  Kirk Ouellette:下一代的数据中心里面向200G或者400G升级的时候硅光可以成熟。

  甘甫烷:硅光子有什么技术需要进一步开发探索的呢?我很同意曾理刚刚说的封装这一块,因为芯片内部、器件大多数都有办法而且已经成熟到一定程度,但封装还没有得到很好的解决,可以说现在封装比芯片还要重要。如果封装问题能够解决,我觉得以后还是能大规模发展的。另外,说到硅光子的下一个产品会是什么,我觉得有两个方向,第一是大规模,第二就是高密度。大规模什么意思呢,如果一年有一千万的量对应两万个八寸片,一个月就有两千片的市场,那么工厂就愿意接受了,如果没有达到这个量是没有意义的,所以我说硅光子的市场第一必须要有量,起码每年有一千万量级的市场需求我认为才是有价值的。如果有量跟上来了,市场的空间,价格的空间是非常大的。然后第二个就是高密度、多通道组,因为我这边都是很多做光通讯的,我觉得我们做硅光子的应该把视野放开一点。

  周治平:我的理解硅光的定义就是在硅的平台上面,把微电子光电子给集成起来,那么这里面就带来两个最重要的特点,一个就是有可能大批量生产,这就可以降低成本,微电子就是因为这个大批量生产降低成本的;另外一个就是能耗的问题。硅激光电子的特点一定是集成,只有集成才能降低价格和成本。我们在硅激光电子里面做的包括刚刚大家提到的光源、调制器、波导、偏振器、旋转器等单元的光电子器件,我们都是想通过硅材料以及CMOS的工艺,把他们在硅上面集成起来。北大通过863计划,已经研制成功了国内第一款相干的transceiver 的一个接收与发射的芯片,100G的,可以传到100公里,去年科技部就已经验收了。到底他的优点在什么地方,我们是在一个国家光通讯重点实验室里面,我当时看见旁边教授都展示相干收发器,接触跟发射,很大个,当时告诉我的价格大概几十万,那么我们做出的芯片就这么丁点大就是几毫米乘几毫米,这就是集成的优势在这里。在通讯界,Acacia是非常成功的,在data center ,英特尔是比较成功的,那么下一步,到底是什么东西?我们不一定仅仅围绕光通讯行业,所有的行业如物联网,计算机通讯行业,只要有这种集成需要的,都可能下一步出来。关键是能不能应用,能不能应用和研究结合起来,要找到一个大的应用的场景。做一些小产品,说不定能更快地出来。

  潘栋:以我们自己的经验是这样,第一就是还是跟着传统的光器件架构来做,我们在传统的光器件架构里面找一些发明创造,比方说我们在2000年以前还没有锗硅这个材料,我们现在基本上就可以把10G GeSi PIN/APD器件做的很便宜了,我们在传统架构里继续追求好于传统材料更好的性能;另外一个就是关于集成,集成需要等产业链比较齐全的时候才会爆发,大概还需要一两年的时间,就会有一个比较明确的可以看到的市场。在传统架构领域继续寻求自己的成本优势和特殊性,在集成领域里面,现在已经可以把很多东西集成在一起,比如说探测器调制器等等。从我目前看到的,在未来两年里,电芯片为了配合光芯片厂商,要开发大量的25G PAM4 or 50G PAM4芯片,集成这些芯片,到那时候,100G就是传统芯片和硅光芯片角逐的地方,再往200G和400G走的话,从我这个角度来看的话,竞争优势是非常明显的。大概两年后,集成芯片的趋势会非常明显。

  黄首席:总结一下我的理解,下一个产品或应用,是更高速,更集成,低功耗。大家似乎有几种不同的观点,一个就是说要把单元器件做好,第二个就是要把集成做好,这是从技术来说有两种不同的观点。再一个就是有两种不同的途径,一个是做好高端,对成本不是太敏感,再一个就是一定要大量,没有大量就很难实现他的规模效应。

  最后想谈一下比较敏感的课题,就是中国的学术界和工业界应该如何合作,共同推动硅光集成的产业化进程?国外产学研合作改变世界创新的例子比较多,但是国内比较少,政府两边也不知道相信谁。在座的是一个非常完美的团队,既有学术界专家学者,又有企业界领导,所以请大家从国外成功的经验或者国内可以借鉴的方式的角度讨论下,如何通过产学研的合作推动硅光集成的发展?

  潘栋:企业从不同角度,切入网,相干,数据中心等,来找应用。我的看法是学术界要和企业界多交流,也不要跟着别人去跑,选择一个比较合适自己的路。

  周治平:无论是新的领域,还是现在已经看到的领域,要去攻关,要去解决这个问题的时候,政府的投入是非常重要的。企业界单独做不能做出来,因为企业家大都希望最近一段时间能看到成效与回报。所以这个问题我觉得,首先政府要大量地投入,然后学术界跟工业界,学术界要根据工业界的需求来研究,企业界要看看学术界,看看国内学术界做的怎么样。比如说我们完全有这个相干芯片自主产权的,你们华为中兴要是跟我们合作,我们说不定一年两年就能把它弄出来。互相多看一看。

  甘甫烷:硅光子很热,但实际上处于一种很尴尬的状态,因为一方面硅光子量还没有起来,没有真正大规模的市场接受它,但是如果这时候不把头打开,很难让市场接受硅光子。所以这是两难的一个状态。公司需要投很多钱,这是一个冒险的事情。其实现在中国本身硅光子的投资是蛮大的,科技部,十三五现在也在做,估计从明年开始,国家的投资不是几千万,肯定是多少个亿,几十个亿的资金投进去的。中国的科技投资是产业界投资的一两个量级,所以我觉得很应该把中国的科技资源利用起来,特别是硅光子没有被市场大规模采用的情况下,很值得让国家政府大规模投入。有一个关键,就是企业引领国家。企业提出需求,与中科院,高校,国家,一起来规划布局。

  曾理:企业界和学术界各有侧重,企业更看重商业利益,在需求和应用方面企业更多是牵引和指导,向路标一样。建议:学术界可以多考虑一些前沿的颠覆性的技术,为企业界前沿方向提供更多帮助。比如说刚说的挑战,光源的集成问题,这几年涉及一些颠覆未来的技术,学术界应该加大研究。另外就是平台的问题,好现象是看到很多高校都开始自建加工平台,但是需要企业跟高校学术界联合起来,把各种分散的资源形成一种合力,最近学术界也讨论了很多比如成立一些联盟,把不同的资源,不同的平台联合起来。

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