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| 揭秘硅光芯片
在前不久結(jié)束的兩會當中，全國政協(xié)委員、中科院微電子所研究員王宇建議，將硅光芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展明確列為政府支持范圍，并鼓勵企業(yè)、資本、人才聚集硅光芯片產(chǎn)業(yè)鏈，推動相關細分領域產(chǎn)業(yè)化。
硅光芯片到底是個怎樣的市場，國內(nèi)為什么要推動硅光芯片領域產(chǎn)業(yè)化，在構(gòu)建國內(nèi)硅光芯片產(chǎn)業(yè)過程中的挑戰(zhàn)是什么？
帶著這些疑問，芯謀研究與王宇委員進行了一次對話，以期能為讀者掀開這個新領域的面紗，了解這個蘊藏著巨大發(fā)展?jié)摿Φ募毞诸I域。
全國政協(xié)委員、中科院微電子所研究員 王宇
歷史重現(xiàn)：硅光芯片遇見80年代微電子崛起時刻
數(shù)據(jù)中心是全球半導體產(chǎn)業(yè)著力的一個重要市場，是承載數(shù)字計算力、各行業(yè)信息系統(tǒng)的基礎保障設施，也是促進各行各業(yè)進行產(chǎn)業(yè)升級的關鍵動力。
以電信號作為數(shù)據(jù)傳輸載體的硅基芯片，在摩爾定律遭遇瓶頸的情況下，已經(jīng)逐漸不能滿足未來數(shù)據(jù)中心的需求。它面臨的問題是，在數(shù)據(jù)密度較高的數(shù)據(jù)中心場景中，撞見了帶寬墻和功耗墻。而將光信號作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，硅光可以結(jié)合成熟的微電子和光電子技術，由于光在傳輸路徑上的損耗更小，不僅可以解決傳統(tǒng)芯片在功率及尺寸方面的限制；基于光在傳播上的天然優(yōu)勢，硅光芯片還可以突破通過銅線來傳播電信號的速率瓶頸，這也使得硅光芯片在數(shù)據(jù)中心和中長距離通信等未來場景中獲得了巨大的增長潛力。
如果硅光芯片在數(shù)據(jù)中心領域得以廣泛部署，我們可以推測，以硅光子為核心的光計算將會發(fā)展起來，更有可能帶動神經(jīng)網(wǎng)絡的進步，進而影響數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展。按照這個路線發(fā)展，光將代替電為半導體產(chǎn)業(yè)打開一個全新的局面——根據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，到2025年，硅光產(chǎn)業(yè)的價值將達到300億-350億的規(guī)模，結(jié)合市場規(guī)模和發(fā)展趨勢兩個方面來看，硅光產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)階段發(fā)展情況，都與上個世紀80年代微電子產(chǎn)業(yè)的崛起前夜十分相似。
英特爾、思科等國外巨頭已經(jīng)開始積極部署硅光賽道的發(fā)展。一方面，在集成工藝和技術發(fā)展的上面，硅光還沒有完全滿足光的要求，所以，國際廠商都在建立硅光的代工能力；另外一方面國際巨頭也從通訊或計算領域等終端方面入手，啟動了與硅光相關的創(chuàng)新企業(yè)并購。通過并購，國際龍頭可整合硅光產(chǎn)業(yè)鏈，依舊掌握未來半導體產(chǎn)業(yè)的話語權。
但與上一輪微電子產(chǎn)業(yè)崛起不同的是，面對新市場環(huán)境對硅光芯片的需求，國內(nèi)廠商也擁有了參與到該領域競爭的基礎。在80年代以后，代工廠、EDA企業(yè)、芯片設計公司的發(fā)展奠定了國內(nèi)IC發(fā)展的整體生態(tài)。在應用端，未來國內(nèi)終端市場的活力是硅光芯片不斷向前發(fā)展的動力，國內(nèi)在數(shù)據(jù)中心和通訊領域布局的廠商均對硅光產(chǎn)品有著大量的需求，同時，他們也是發(fā)展硅光產(chǎn)業(yè)的力量。而從研發(fā)進程上看，國內(nèi)技術研發(fā)也并不輸國際。 因此，當硅光芯片站在了歷史機遇之上，使之形成產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；攀菗屨歼@個市場的不二法門。
國內(nèi)硅光產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難點
要發(fā)展硅光產(chǎn)業(yè)，首先要了解國內(nèi)硅光產(chǎn)業(yè)發(fā)展的痛點、難點，“對癥下藥”才能更好地促進這個產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展。
硅光芯片的設計需要在微電子技術的基礎上增加光電子技術，也就是說，芯片設計方式會區(qū)別于傳統(tǒng)芯片，需要相關企業(yè)在芯片設計方面加大投入。另外一方面，由于硅光芯片設計要融入大量的光學知識，需要硅光芯片設計人才需要掌握更多的專業(yè)知識，這也對未來半導體產(chǎn)業(yè)人才的提出了新的需求。
其二，目前硅光芯片的設計方法和設計工具，多效仿或來自于微電子領域的電子設計自動化（EDA）。但EDA工具無法滿足其自動化設計需求，尤其是在光的干涉等方面，EDA工具無法滿足硅光芯片的設計需求，因此，產(chǎn)業(yè)需要針對硅光設計自動化（PDA）工具。從當前發(fā)展來看，PDA設計軟件公司由于要與代工廠深度合作，而國際EDA巨頭公司在與代工廠的合作上本就具有優(yōu)勢，加之他們還在通過收并購布局PDA產(chǎn)業(yè)領跑在前，這也使得國內(nèi)硅光芯片設計公司仍舊繞不過國際EDA巨頭。因此，在國內(nèi)開始意識到EDA工具的重要性的同時，也要加強硅光芯片設計所需的PDA。
其三，國內(nèi)硅光芯片想要發(fā)展，就要使之走向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?。只有實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化，國內(nèi)的硅光芯片才能在市場中掌握話語權，才有可能在未來的半導體產(chǎn)業(yè)競爭當中獲得優(yōu)勢。 其四，需要認清傳統(tǒng)芯片與硅光芯片之間的異同，由于傳統(tǒng)芯片和硅光芯片在制造、設計、封裝方面均有所差異，因而，需要相關政策開放對硅光芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的管制，切勿一刀切。
建設一條硅光產(chǎn)線要投入多少
既然硅光芯片具有前景，國內(nèi)在相關技術和生態(tài)又都有基礎的情況下，建設一條推廣產(chǎn)線到底要投入多少？ 就目前國內(nèi)硅光產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，在政策的引導下，國內(nèi)已經(jīng)有一批科研院所、機構(gòu)和企業(yè)在發(fā)展硅光芯片的設計、軟件工具、制造，但在這些方面的發(fā)展大都處于實驗室階段，還未達到量產(chǎn)。
對于硅光芯片這一新興半導體領域而言，相比于傳統(tǒng)芯片，可以說是換個賽道。切換到新的賽道是否是要脫離原來的路徑，是否需要更大的投資，成為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展硅光芯片所關心的問題。
硅光芯片在一定程度上集成了傳統(tǒng)芯片的工藝，但就現(xiàn)階段而言，硅光芯片所需的制造工藝還遠用不上硅基芯片的先進工藝，采用成熟工藝的硅光芯片無論是在提升性能方面還是成本方面都超越了采用同種工藝節(jié)點的硅基芯片的表現(xiàn)。這樣整體算下來，投資一條硅光量產(chǎn)線要比硅基量產(chǎn)線的成本更低——我們估算，投入15億人民幣可進入量產(chǎn)階段，如果包括封裝，25億人民幣左右即可建成一條硅光量產(chǎn)線。
我們預計，硅光量產(chǎn)線的建成，也將同樣利好于國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)鏈上其他廠商的成長。例如，國內(nèi)的代工廠可以在現(xiàn)有成熟工藝的基礎上，發(fā)展適合硅光的特色工藝，讓國內(nèi)代工廠和國內(nèi)硅光芯片設計廠商在研發(fā)初期就產(chǎn)生緊密合作，帶動硅光芯片代工廠的成長。另一方面，國內(nèi)半導體設備也有機會打入“初長成”硅光芯片產(chǎn)業(yè)鏈，進而深入到半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
且將新火試新茶，趁著硅光芯片現(xiàn)在“年華”尚早，重視硅光芯片的發(fā)展，積極建設硅光芯片產(chǎn)業(yè)鏈，很有可能會讓國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)在未來的競爭中邁上一個新臺階。
