www.48100.com聚焦硅光创新动态 第二届中国硅光产业
发布时间:2019-11-13

  摘要:第二届中国硅光产业论坛在武汉成功举办,本次会由国家信息光电子创新中心主办,深圳市讯石信息咨询有限公司承办,“中国光谷”国际光电子博览会协办,以及由是德科技(中国)有限公司和华夏幸福基业股份有限公司支持。论坛汇聚十多位来自国内外硅光工业界和学术界专家,共同探讨硅光技术应用、硅光材料创新和硅光市场前景。

  ICCSZ讯11月12日,第二届中国硅光产业论坛在武汉成功举办,本次会由国家信息光电子创新中心主办,深圳市讯石信息咨询有限公司承办,“中国光谷”国际光电子博览会协办,以及由是德科技(中国)有限公司和华夏幸福基业股份有限公司支持。论坛汇聚十多位来自国内外硅光工业界和学术界专家,共同探讨硅光技术应用、硅光材料创新和硅光市场前景。

  在论坛上,国家信息光电子创新中心副董事长毛浩发表开幕致辞,他表示硅光论坛将产业链汇聚一起,主要是探讨硅光技术的应用和发展。因为经过充分的调查与实践,硅光技术被认为是行业最终需要突破的产业共性瓶颈。随着5G商用,5G承载场景对硅光技术的需求更加明显,在已经实现规模商用的数据中心市场中,硅光产品也在不断向更高速阶段冲击,例如阿里巴巴推出400G ZR硅光模块。国际上的硅光并购案例也在快速推动硅光资源的整合,以及国外先进硅光平台发展引起国内的思考。可以说,硅光产业日新月异,而我们产业链还需要加速硅光产业商用化,这是国家信息光电子创新中心成立的意义,目的是汇聚社会资源,推动人才、技术和产品的商用化,不与上下游竞争,却发挥产业资源最大优势,实现硅光产业瓶颈的突破。最后感谢各方单位对本次论坛的支持。

  国家信息光电子创新中心专家傅焰峰博士发表《国家信息光电子创新中心建设与发展》的主题报告。傅博士表示,创新中心拟重点建设芯片工艺开发和中实验平台,疏通产业链条和技术管道。硅光平台拥有国内首套自动化8/12寸硅光晶圆筛检系统,效率可达3000片/年,目前开始对外服务。

  在成果方面,创新中心在国际上6个主流硅光晶圆厂完成了20次流片,建立自主IP库。实现60个光电元件的单片集成,包括调制器、探测器、光学复用 器、相位控制器等,芯片集成度达到国际领先水平。同时,国内最早实现50Gb/s硅光芯片 与CMOS驱动器的高速集成。研制出国内首款1×100G硅光调制器芯片和模块样机。

  创新中心正在研发25G波长可调光芯片,与光迅联合研制25G可调谐光发射组件,实现硅基调制器与III-V SG-DBR可调激光器芯片混合集成,样品2019年Q3公布。还有预研超高速率光子芯片,其单通道调制速率达120Gbaud NRZ,220Gb/s PAM4,是全球最快光芯片之一,为未来十年提供技术储备。

  中国信息通信研究院技术与标准研究所宽带网络研究部主任赵文玉博士讲述《硅光技术及应用探讨》:当前多方需求推动硅光快速发展,目前光器件市场仍以III-V族材料为主,硅光集成的市场份额,在2014年开始启动(4%),未来会持续上升,预计 2023年将达到20%。硅光封装方面,非气密封装趋势明显,贴装光源应用最广。因为从成本角度考虑,光芯片降成本的空间越来越小,推动封装技 术从比较昂贵的气密封装走向低成本的非气密封装成为有效手 段。 从体积角度考虑,对于400G时代,通道数的翻倍使得体积控制成为必要。数据中心100G PSM4短距离和400G高速应用优势非常明显,数据中心结构非常适合硅光技术,在500米数据中心互联的100G QSFP28 PSM4 光模块产品市场,硅光混合集成方案份额已达到近80%。

  华为公司专家谢耀辉博士发表《客户视角看光模块与硅光产业》的主题报告,他表示光模块的大带宽高速互连能力,可以涵盖数十米到上千公里的场景,因此具有很高的商业价值。光模块应该看作是一个子系统,只有进行单板器件级别的适 配与测试,才能保证光模块 在设备上各项参数最优,长期稳定运行。硅光模块具有极简架构、经济量产、高度集成、可插拔和光口标准带来的互联互通。硅光技术可行路径,谢博士推荐异质平台的集成,要探索电组件与光组件的最佳集成,建设面向未来的基础光电平台,这需要产业协同和持续投入。

  硅光产业两端是Foundry和客户,这两头都聚焦在北美,处于领先状态。尽管如此,硅光技术平台依然具有挑战,尤其是光源集成、封装插损、损耗等因素,而且传统直调Vcsel和直调DML其实比硅光在同等场景中更有优势,硅光未来还需要力争实现“芯片出光”。总体而言,硅光技术可有效满足未来流量增长的的诉求,但需要产业协同,在异质集成方向大力发展。

  烽火通信系统部产品经理曹权博士发表《光传输系统中的硅光技术应用需求》,曹博士表示相干光传输的单模块容量正在进入400G/800G时代,其应用不仅局限在长途传输,会扩展到DCI互联应用。然而,传统的分立光器件已经不能支持CFP2的可插拔演进(小型化)。因此,他看好硅光子和InP的集成光子学技术是未来相干模块的关键技术。

  对于硅光子技术本身,由于其可利用CMOS大规模生产,以及良好的可靠性预期,近年来得到了大家的普遍关注。但是在相干领域,硅光子技术需要重点解决高波特率、低损耗、超宽的波长工作范围以及低成本封装,才能更好的发挥其优势。针对相干领域的硅光技术关键点,曹博士认为主要是硅光调制器与RF IC的共同设计和优化、宽光谱工作和控制技术、以及低成本封装技术。他最后强调,一个稳定和可靠的硅光fab是硅光产业一切的前提和基础,2019年管家婆彩图,希望硅光子拥有一个更加良好和健康的产业链。

  浙江大学求是特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者戴道锌教授发表演讲主题“New technologies & applications for silicon photonics”,他表示硅光依然面临很多问题,尤其是和磷化铟的竞争。硅光技术如何做到更好,应该从高性能和低成本入手,而所谓低成本应该是指有价值的低成本,CMOS兼容性要真正带来低成本效益,重点要关注晶圆尺寸、器件密度、以及工艺和设计双管齐下。封装也是硅光成本的重要影响因素。当前市场上,硅光晶圆尺寸正从6寸向8或12寸,180/150mm向低于100mm发展,这给成品率带来很重要的提升。同时,没有高性能的低成本是没有意义的,而高性能要看重波导/交叉损耗、通道数和功耗或能效等,产业链需要新的技术来有效调控波导交叉损耗。

  伦敦大学学院陈思铭教授发表“Quantum Dot Laser in Silicon Photonics:Direct Epitaxy”主题报告,如今硅光的优势和缺点已经被广泛描述,但硅材料不适合用来做发射器,III-V材料拥有无可比拟的优势。他对比不同硅上集成技术,直接外延(Direct Epitaxy)具有更高集成密度,兼容CMOS前端工艺,成本可以做到非常低。但也面临线膨胀系数、晶格失配和极性或非极性曲面的挑战。陈教授介绍了量子点技术,其可以实现很好的硅上直接外延。去同样量子阱相比,量子点优势是对缺陷不敏感。片上外延生长III-V激光器已经成为行业的共识,但是片上外延生长III-V材料遇到的挑战依然需要行业共同讨论克服。使用量子点激发片上外延生长III-V材料具有独一无二的优势,为大规模的III-V/Si集成奠定基础。在这方面,UCL实现了大规模硅上生长1.3μm InAs量子点激光器。

  中山大学蔡鑫伦教授讲述《用于大容量通信系统的硅基光子集成器件》,他表示硅光技术是一次由光电子产业向微电子产业学习的机遇,是将设计和制造分开的硅光新模式,但PIC的特征是集成不同器件材料的多样性,而CMOS模块恰恰消灭了多样性,只能做Foundry提供的器件,这可能导致不同芯片公司的同质化。因此,硅光新模式要持续发展需要不断开拓新市场,而要适应不多市场领域的需求,硅光技术需要做更多创新,异质集成是很好的技术选择。蔡教授介绍铌酸锂薄膜材料(LNOI),其电光特性具有超高速、低电压、低损耗,结合硅光CMOS工艺,是硅光异质集成新的理想方式。蔡教授团队利用热光效应在Si-LN做了MZ调制,实现理想的带宽。硅光材料有多种新材料,他建议产业链要关注SiN材料,它是一种性能优良的光子集成材料,真正的CMOS兼容。

  俄勒冈州立大学王小龙教授发表“Beyond Silicon Photonics:the Route toward Hybrid Integration”,他提出透明导电氧化物(TCO)材料具有非常好的应用前途,特别跟硅光结合的应用前景非常好。未来应对流量剧增中的需求,硅光成为大家关注的技术选择。王教授表示调制器是硅光集成中非常关键的器件,并介绍透明导电氧化物材料(TCOs)作为调制器新型材料,TCO材料的制作工艺可以跟CMOS工艺兼容。基于混合Si-TCO的微环形调制器,这种调制速率可达到1GHz,如果在优化的金属联系设计上,新型调制器还有望实现高达44GHz速率。基于混合TCO微型环阵列,王教授介绍其片上WDM系统,这种系统可以自由实现热调谐,并获得极高带宽密度和能效。

  武汉大学郑国兴教授发表《硅基超表面材料在信息光学中的应用研究》,他表示超表面材料是学术研究热点,先进的制造技术是超表面应用的关键,与传统光学手段实现相位调控相比,纳米砖超表面材料性能优势明显。其效率方面,电介质材料的纳米砖理论效率可接近100%,金属纳米砖理论效率可接近90%。而波段方面,从可见光到红外波段均可实现。在结构方面,纳米砖属于纯平面的超薄器件,具有体积小、重量轻、高度集成、装校方便等突出优势,应用面向新概念、高性能、芯片级的光电子功能器件,例如硅光子芯片。超表面材料技术还可以精密且连续位相调制,具有超大衍射角度,更高效率、工艺简单,批量复制,同时,硅基超材料与半导体工艺兼容。

  光迅科技市场部经理张玓博士发表主题为《下一代硅光收发器的技术挑战和竞争力分析》,随着5G商用和数据中心400G切换,硅光在下一代光收发器市场将获得更加明确的应用需求,但硅光技术与传统III-V族技术的竞争会一直持续下去,传统III-V族材料拥有更高性能的发光效率,在5G承载和数据中心架构中,依然具有强大的竞争优势。不过,硅光的优势是III-V族难以取代。总体而言,数据中心内部和光互联器件需求是持续上升的,硅光技术是一种可行的技术,与其他技术共存。他还提到相干技术在800G时代甚至更高将会下层之数据中心内部。

  亨通洛克利首席技术家陈奔博士发表《硅光数通技术进展和最近硅光研究趋势》,他介绍了当前行业知名硅光模块商用公司的进展,例如英特尔硅的硅光模块采用混合集成光源,100G PSM4和100G CWDM4成功出货,累计出货超过100万只。被思科收购的Luxtera采用光栅耦合方式和晶圆级封装技术(EIC on PIC),产品以PSM4为主,已经交付超过百万只硅光模块。Acacia拥有高端相干产品,硅光以及DSP技术,是长距离硅光技术的代表。2019-11-01卓新平:佛教中国化三部曲 中国,阿里巴巴最近宣布自己的400G DR4硅光方案,其光引擎基于薄硅工艺的硅光Tx/Rx芯片,驱动和TIA芯片封装在APE里面。

  亨通洛克利方面,陈奔博士介绍公司成功解决了混合集成激光器,采用Flip Chipped gain chip Array、电吸收调制器、锗硅探测器、V型槽光纤接口以及线性TIA/Driver等。他介绍了亨通洛克利在112G PAM4眼图性能,以及硅光的研究趋势,尤其是OptpASIC,因为硅光并不专用于光模块,OptoASIC将硅光阵列直接与核心集成电路接口,减少高频信号在传输线上的功率损耗,实现低功耗。

  光梓信息科技CTO姜培博士发表《硅光用高速IC/光电集成》,他表示在4G向5G演进中,PAM技术使电借口是25G NRZ,光接口是12.5GBaud PAM4,因此10G光芯片依然有应用价值。在高速光模块中,PAM4调制是不可或缺的部分,需要部署DSP,但DSP价格很贵,他介绍lite-DSP采用一半模拟一半数字和Bulk-CMOS工艺,可以成为实现PAM4技术的有效方案。商用化PAM4路线已经比较清晰,与DSP和Analog相比,Lite-DSP拥有较好的性能,较好的功耗和最好的成本,其BULK CMOS工艺在中国拥有较好的供应链体系。对于大多数PAM4应用(直接探测或非相干),基于Bulk-CMOS的Lite-DSP将是最具吸引力的方案。

  是德科技技术专家朱振华发表《硅光测试方案介绍》,他指出硅光子器件应用前景广阔,从通信的电信和数通到传感领域的激光雷达和消费电子等,需求的不断上涨对硅光器件测试提出更高的要求。他认为硅光器件的测试难点在于:光学耦合损耗,需要采用高功率可调谐光源或新型低损耗耦合技术解决;偏振对准和偏振相关是难点之一,可以从Average IL/responsivity,PDL或首选偏振态下的响应获得结果。除此之外,探针影响也是硅光芯片的难题之一,基于LCA的On-Wafer频域测试,可以通过deembedding消除RF探针影响。

  联合微电子中心有限责任公司硅基光电子总监冯俊波博士发表《硅基光电子工艺》报告,他表示CUMEC能力和战略规划,硅光子方面,2020年将完成8英寸SOI生产线英寸SOI生产线年启动硅基量子点激光器研发,预计2023年投产。冯博士对比了硅光子和CMOS,比较版图设计、材料分布和不同灵敏度的差异。他还分享了硅光子芯片封装技术的新进展,例如高密度封装(40μm)、低损耗端面封装(~1dB)和高速封装(30Gbps)等。

  中科院微电子所研究员李志华发表《硅光子技术服务平台》报告,他表示中科院微电子所的核心产品是硅器件与集成、高频高压器件与集成、微电子仪器设备和光电技术研发。具备22-5nm关键工艺研发,180nm CD量产技术,CMOS和MEMS全流程以及硅基光子器件全流程能力。从历史发展来看,微电子所在2015年成立硅光子平台小组,2016年发布首版PDK,涵盖硅光子平台器件库、设计规则和工艺规范,2017年实现PDK与商业软件集成,2018年首次有源MPW试流片。他介绍微电子所硅光子平台包括硅光子PDK、8英寸CMOS工艺线、工艺模块以及仿真设计和光电测试。他最后还介绍了微电子所的光电封装技术,包括TSV Interposer、晶圆凸点技术、封装设计与仿真,硅光-MEMS-封装异质异构3D集成等。

  随后,Lumerical公司专家王旭博士介绍了《硅光仿真和设计技术》,Mentor公司专家David Zhuang介绍了《硅光自动化绘版工具》。王旭博士认为硅光将引导光子集成技术发展,而对于硅光发展来说,技术、应用以及生态系统缺一不可。硅光在有必要的情况下,将不断集成其他技术。

  仿真设计是芯片设计的核心环节,对芯片产品的性能和测试前提。硅光芯片采用CMOS工艺,如何在硅片上大规模集成有源器件和无源器件,需要以仿真设计来制定方案。而硅光的自动化绘版对硅光设计效率有着显著的提升,硅光设计工具是硅光模块和硅光引擎设计工作的基本保障。随着通信市场向更高速阶段演进,硅光芯片需求不断释放,大规模自动化的设计与验证是产业升级的关键。

  论坛最后,多为专家共同组成了硅光产业链话题讨论,话题为IDM或FABLESS,由国家信息光电子创新中心傅焰峰博士主持,腾讯数据中心系统架构师孙敏博士,亨通洛克利首席科学家陈奔博士,仕佳光子专家张家顺博士、Golight副总经理林小龙、LaserX市场总监胡天琦和Luceda公司曹如平博士六位专家担任话题讨论嘉宾,导演温子仁晒照宣布结婚狗狗们是证婚人,围绕硅光产业链模式:IDM还是Fabless进行了深入的探讨。

  会议至此,圆满结束!18:30开始华夏幸福5G光电之夜,百余位光电子产业链专业人士共聚美好光电之夜。在此,特别感谢会议国家信息光电子创新中心,深圳市讯石信息咨询有限公司,“中国光谷”国际光电子博览会,是德科技(中国)有限公司和华夏幸福基业股份有限公司等多家单位的鼎力支持!

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