自主科技| 「晶片出光」現突破 片上光連成實現

**[自主科技]**

中國矽光子產業快速發展，最近研究人員在矽基光電的異質集成，攻克了矽光子研究的最後一哩。

人工智能爆發，存儲和傳輸需求增長，電晶體尺寸又接近物理極限，製程持續微縮後，不斷縮小後，大量數據傳輸，發熱和功耗大增，須靠液冷才能解決散熱。

雖然光通信領域，光電晶片只是提升數據傳輸，計算仍靠要集成電路。但是光纖比銅纜，約減少八成耗能，目前數據中心不少七成以上，已轉用了光纖連接。如果晶片以光信號直連，可減少晶片開關產生熱力和能耗。電子訊號開關速度上限，較光訊號低得多，加上電子產生熱能會破壞晶片，矽光子技術大幅減低能耗，近年炙手可熱。

晶片直接出光信號，由於光傳輸性能更好，替代電信號之後，可解決晶片之間過熱和耗能，更提高電子傳輸物理極限，改善數據中心、CPU / GPU 晶片和AI 晶片互連的通訊效率，甚至發展其他器件。

**內地研究後發先至**

但是，集成電路通過矽光晶片光電轉換後，連接外置光源和光纖通道（FC）設備，出現不少難題，包括耦光效率不高、對準調整時間長、對準的精度不夠，加上生產成本高、體積太大、難以高度整合。

近年以來，全球頂級研究機構，包括英特爾和NTT以至全球大學，大舉投入光電互連研究。本港科大和中大是研究重鎮。中大工程學院曾漢奇教授是矽光子全球先驅，開發出傳感及光互連矽光集成晶片，入選政府「產學研1+」計畫，可應用在數據中心和醫學「光學相干層析成像技術」（OCT）診斷。

矽基上直接生長具發光特性III-V 材料結構，製成激光發射器，再直接與CMOS工藝對接，此舉實現光電子與微電子的大規模集成，除了提升光通信效率，也減低成本。

但是，開發全矽光電集成平台，最困難是開發矽光晶片「心臟」，即在CMOS工藝相容的矽襯底之上，實現微納光子晶體的激光器。

**與城大合辦博士班**

武漢的九峰山實驗室宣佈，矽光工藝團隊在 8 寸矽光晶圓上，異質鍵合了 III-V材料的激光發射器材料外延晶粒，發展具CMOS相容性的片上器件工藝，克服III-V材料結構設計與生長、材料與晶圓鍵合良率低，異質集成晶圓片上圖形化與刻蝕控制等，實現光電子與微電子大規模單片集成，激光發射器最於可直連至數據中心微電子架構。

九峰山實驗室總人數有三百多人，九成為研究人員，碩士博士研究生佔98%，現時與香港城市大學合辦博士班，採用雙導師制，博士學位由城大頒授。中國在光通信領域，光電晶片主要包括雷射器晶片、光信號調製器晶片、光傳輸晶片、光信號解調制器晶片和光探測晶片。據研究機構LightCounting數據，2021年中國首10家光模組產業的收入，已超越了西方整體供應，主導全球市場。