硅光子技術(shù)ABC：三大硅光子領(lǐng)軍人物談硅光子

專訪全球硅光子領(lǐng)域的三大領(lǐng)軍人物：

Andrew Rickman：前Bookham 創(chuàng)辦人，Kotura董事，現(xiàn)任硅光子初創(chuàng)公司Rockley光子的CEO

Mario Paniccia：Intel硅光項(xiàng)目2002年-2008年期間負(fù)責(zé)人，現(xiàn)任咨詢顧問(wèn)

Graham Reed：前英國(guó)Surrey大學(xué)教授，Andrew Rickman的博士導(dǎo)師，現(xiàn)任英國(guó)南安普頓大學(xué)光電研究中心教授

三大硅光子領(lǐng)軍人物從他們各自的角度談硅光子的發(fā)展，硅光子的未來(lái)。本文簡(jiǎn)要把他們的觀點(diǎn)整理如下：

硅光子技術(shù)是一項(xiàng)顛覆性的技術(shù)嗎?

Rickman認(rèn)為硅光子技術(shù)是一項(xiàng)根本性改變的技術(shù)，而不是普通的線性改善。問(wèn)題在于硅光子技術(shù)用在哪里?現(xiàn)在的問(wèn)題如何去解決?

Reed 認(rèn)為硅光子當(dāng)然是顛覆性的(disruptive)技術(shù)。所謂顛覆，就是在一個(gè)領(lǐng)域用得好的技術(shù)能夠跨界到其他領(lǐng)域。硅光子本來(lái)用在短距離通信，但是現(xiàn)在隨著硅光調(diào)制技術(shù)的不斷提高，已經(jīng)開(kāi)始能用在長(zhǎng)途傳輸領(lǐng)域。這就是一種顛覆。硅光子的優(yōu)勢(shì)在于支持低成本制造，與其他電子器件生產(chǎn)兼容。

為什么摩爾定律到頭了?

Rickman指出每?jī)赡昃�體管密度翻倍的摩爾定律實(shí)際上已經(jīng)到頭。現(xiàn)在雖然密度還在提高，但是功耗已經(jīng)不能同步降低。I/O能力也不能跟著翻倍。

　硅光子的發(fā)源

Riciman 是在讀書(shū)時(shí)研究光纖陀螺儀的時(shí)候想到鈮酸鋰的波導(dǎo)為什么不能用硅波導(dǎo)取代。在1980年代，那還是一個(gè)瘋狂的想法。在Reed教授指導(dǎo)下，他開(kāi)始從事這方面的研究。最初的產(chǎn)品每厘米波導(dǎo)損耗要20-30dB，但是很快他們就做出了低損耗的硅波導(dǎo)。Surrey大學(xué)的工作，尤其是該校的Richard Soref的工作，被認(rèn)為是硅光子的發(fā)起。Richard Soref也被認(rèn)為是硅光子之父。

Rickman指出硅光子的難點(diǎn)在于光波波長(zhǎng)比電子波長(zhǎng)長(zhǎng)，光波對(duì)波導(dǎo)粗糙度更敏感，用普通CMOS工藝做出的器件會(huì)有很嚴(yán)重的問(wèn)題。用CMOS做硅光子器件的難度比制作普通電子器件至少高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

Intel的硅光技術(shù)發(fā)源于使用激光電壓探測(cè)法檢測(cè)微處理器。Paniccia當(dāng)時(shí)提出一個(gè)問(wèn)題，如果能用光來(lái)讀取晶體管交換，那么能用光實(shí)現(xiàn)硅器件的通信嗎?從2000年開(kāi)始，Intel開(kāi)始和Graham Reed教授的團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)硅光子技術(shù)。他們的第一個(gè)產(chǎn)品是1Ghz的硅光調(diào)制器。

硅光子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)過(guò)了轉(zhuǎn)折點(diǎn)

Reed和Paniccia都引用美國(guó)政府AIM的例子說(shuō)明硅光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)過(guò)了轉(zhuǎn)折點(diǎn)�？纯创蠊�司的投資，看看AIM那6.1億美元的投資�，F(xiàn)在市場(chǎng)上雖然硅光子的商用產(chǎn)品還不多，但是很可能廠商只是在等待別人先發(fā)布或是在評(píng)估不同的技術(shù)�，F(xiàn)在只是爆發(fā)前的靜默期。

Paniccia認(rèn)為100Gbps市場(chǎng)是硅光子技術(shù)的關(guān)鍵市場(chǎng)。硅光子產(chǎn)品將從次進(jìn)入商業(yè)規(guī)模應(yīng)用。他指出STM已經(jīng)建立了一條12英寸的硅光產(chǎn)線。已經(jīng)有多家公司在銷售商用的硅光產(chǎn)品�，F(xiàn)在很多公司不僅在開(kāi)發(fā)單獨(dú)的硅光子器件，更多是在開(kāi)發(fā)整個(gè)的系統(tǒng)。

如何發(fā)展硅光子

Rickman認(rèn)為用硅光子做光模塊，或者僅僅是作為半導(dǎo)體技術(shù)的疊加去延長(zhǎng)摩爾定律的壽命，都不能發(fā)揮硅光子技術(shù)的潛能。他們Rockley的做法是從系統(tǒng)的角度去考慮，控制好硅光子應(yīng)用的環(huán)境。他們的團(tuán)隊(duì)包括了計(jì)算機(jī)科學(xué)家，CMOS工程師還有硅光的設(shè)計(jì)者一起。

硅光子領(lǐng)域的進(jìn)展

Rockley公司已經(jīng)發(fā)展了基于硅光的交換芯片，控制ASIC以及相關(guān)的協(xié)議，WDM復(fù)用器

Reed教授的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出基于硅光子的諧振器，基于MMI的4-8通道的復(fù)用器等產(chǎn)品。他們也在開(kāi)發(fā)一些利用新調(diào)制技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)。

硅光子目前的技術(shù)挑戰(zhàn)

Reed 認(rèn)為與光纖的耦合還有晶圓級(jí)的檢測(cè)是兩大技術(shù)挑戰(zhàn)。如何將10微米纖芯的光纖與只有0.35到0.5微米尺寸的波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)，現(xiàn)在的通用做法是使用模式轉(zhuǎn)換器或者光柵耦合器。對(duì)于晶圓耦合，現(xiàn)在通常只能做到整個(gè)晶圓的檢測(cè)，無(wú)法判斷單個(gè)器件的好壞。他的團(tuán)隊(duì)為此發(fā)展了一種可擦寫(xiě)的光柵放在器件的兩側(cè)用于檢測(cè)，最后出廠前再用激光器擦除。

Reed教授表示他從Surrey來(lái)到南安普頓的理由就是看中這里的硅光產(chǎn)線。這條產(chǎn)線可能是歐洲最先進(jìn)的。以前去外面流片一次，最長(zhǎng)也許需要幾年才能有結(jié)果。

硅光子的電信以外的前景

Paniccia指出未來(lái)的汽車工業(yè)也可能是硅光的重要市場(chǎng)。以LIDAR技術(shù)所需要的大量光源和光探測(cè)器來(lái)說(shuō)，硅光提供了一個(gè)低成本低功耗的解決方案。

Reed教授的團(tuán)隊(duì)正在研究將硅光子用于中遠(yuǎn)紅外領(lǐng)域。如果能用硅光子實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)生物檢測(cè)，那這將是一個(gè)可靠的低成本的解決方案。將硅光子用于中遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)，對(duì)于硅光子本身制造可能更加簡(jiǎn)單但是光源和探測(cè)器的問(wèn)題更難解決。