今年是集成電路（IC）發(fā)明60周年，過(guò)去60年來(lái)，裝載著IC的電腦、筆電、手機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，讓資訊運(yùn)算能力大幅提升，也大大改變了人類(lèi)的生活模式。人類(lèi)生活模式的改變，特別是溝通與接收訊息方式，又進(jìn)一步迫使IC運(yùn)算能力必須相對(duì)提升。

集成電路的發(fā)展速度飛快，20多年前，一顆IC的尺寸是1微米，幾乎是現(xiàn)今的100倍，儲(chǔ)存容量相差達(dá)萬(wàn)倍以上。過(guò)去，一臺(tái)電腦幾乎要一個(gè)房間才能容納得下，如今，一支小小手機(jī)上的芯片功能就已超越過(guò)去電腦的運(yùn)算能力。

雖然每隔1～1.5年，半導(dǎo)體芯片功能可強(qiáng)大兩倍的摩爾定律，在未來(lái)十年內(nèi)仍然有效，不過(guò)，也有很多人擔(dān)心盡頭即將到來(lái)。當(dāng)傳統(tǒng)硅芯片透過(guò)曝光、顯影等制程技術(shù)而來(lái)到極限時(shí)，下一步，人類(lèi)該如何讓半導(dǎo)體芯片功能繼續(xù)強(qiáng)大呢？

透過(guò)異質(zhì)整合技術(shù)的非傳統(tǒng)芯片，成了市場(chǎng)開(kāi)始思考的解決出路。異質(zhì)整合，指的是將不同芯片透過(guò)封裝或其他技術(shù)放在一起，使芯片功能更強(qiáng)大。例如，過(guò)去記憶體與中央處理器的芯片是分開(kāi)的，如今，兩者整合已成為趨勢(shì)。不僅如此，包括把感測(cè)器與非硅材如LED或通訊芯片等結(jié)合在一起，也是現(xiàn)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的熱門(mén)方向。

早在十年前，工研院就已經(jīng)投入相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)，包括3DIC、晶圓級(jí)封裝技術(shù)、硅光子技術(shù)（Silicon Phonotics）、微發(fā)光二極體（Micro LED）等，都是半導(dǎo)體異質(zhì)整合的應(yīng)用案例。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，異質(zhì)整合技術(shù)是希望將各種不同功能的IC芯片，藉由封裝技術(shù)或半導(dǎo)體制程，再整合至另外一個(gè)硅晶圓、玻璃或其他半導(dǎo)體材料上面。

一般說(shuō)來(lái)，異質(zhì)整合具備兩大優(yōu)勢(shì)：第一，在進(jìn)行IC設(shè)計(jì)時(shí)，不需要把所有功能設(shè)計(jì)在同一個(gè)芯片上，可以提高設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的效率；第二，突破硅的物理限制，更能將硅應(yīng)用到各種不同領(lǐng)域。

工研院目前正在進(jìn)行中的硅光子計(jì)劃，便屬于典型異質(zhì)整合例子。由于硅不適合處理光訊號(hào)，所以光纖通訊里面有很多不是使用硅的半導(dǎo)體，而是砷化鎵等材料，這導(dǎo)致硅芯片必須再串連、轉(zhuǎn)換出去，才能與光纖網(wǎng)絡(luò)橋接，消耗的電能與運(yùn)算容量自不在話下。

硅光子計(jì)劃就是想辦法讓本來(lái)在砷化鎵上面做的東西，能夠直接在硅的平臺(tái)上整合，最后可實(shí)現(xiàn)用電來(lái)控制光，如此就能降低光纖通訊半導(dǎo)體的制作成本、加快設(shè)計(jì)速度。

很明顯的，異質(zhì)整合將是下一波半導(dǎo)體發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，包括美國(guó)、日本、中國(guó)大陸等都相繼投入此領(lǐng)域。

過(guò)去，***半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具備兩大優(yōu)勢(shì)，一是上下游供應(yīng)鏈完整，二是半導(dǎo)體人才眾多。然而，面對(duì)傳統(tǒng)芯片的制程極限，***業(yè)者必須力求創(chuàng)新突破，才能持續(xù)在未來(lái)半導(dǎo)體市場(chǎng)上保有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

特別是人工智慧、自動(dòng)駕駛、5G等新興科技正驅(qū)動(dòng)資訊處理量持續(xù)成長(zhǎng)，***半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)唯有掌握下世代半導(dǎo)體異質(zhì)整合新技術(shù)，才能讓產(chǎn)業(yè)成功轉(zhuǎn)型升級(jí)并再創(chuàng)高峰。

近日，從市科委獲悉，張江實(shí)驗(yàn)室牽頭承擔(dān)的硅光子市級(jí)重大專項(xiàng)在工藝技術(shù)方面取得突破，具備了光芯片流片能力。預(yù)計(jì)今年年內(nèi)，我國(guó)第一條硅光子研發(fā)中試線將在滬建成。這一專項(xiàng)志在上海打造硅光子芯片全產(chǎn)業(yè)鏈，掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，讓國(guó)內(nèi)企業(yè)擺脫對(duì)國(guó)外光芯片供應(yīng)商的依賴。

上海首批市級(jí)科技重大專項(xiàng)之一“硅光子市級(jí)重大專項(xiàng)”項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)已于今年4月在張江實(shí)驗(yàn)室舉行。硅光子技術(shù)讓光子作為信息載體，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，是有望顛覆傳統(tǒng)集成電路產(chǎn)業(yè)的前瞻性技術(shù)。為此，上海市政府將硅光子與硬X射線自由電子激光、國(guó)際人類(lèi)表型基因組一同作為首批市級(jí)科技重大專項(xiàng)，予以全力支持。

市科委副主任干頻介紹，硅光子重大專項(xiàng)由張江實(shí)驗(yàn)室牽頭，國(guó)內(nèi)一批企業(yè)、高校和科研院所參與，通過(guò)擴(kuò)展上海微技術(shù)工研院這一研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺(tái)的功能，突破硅基光互連芯片和器件的共性關(guān)鍵技術(shù)，從而吸引各方資源，力爭(zhēng)使上海成為硅基光電子這一戰(zhàn)略領(lǐng)域技術(shù)新發(fā)明、產(chǎn)業(yè)新方向的重要策源地。

上海有很好的硅光子技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)。多年來(lái)，滬上高校、科研院所和企業(yè)在這一領(lǐng)域開(kāi)展了持續(xù)攻關(guān)。另一方面，上海的集成電路產(chǎn)業(yè)在全國(guó)處于領(lǐng)先地位，尤其在張江，擁有較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，有條件將大規(guī)模集成電路工藝用于光電集成，制造出新一代硅基光互連芯片?！拔覀円谏虾４蛟烊a(chǎn)業(yè)鏈，包含芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試等各個(gè)環(huán)節(jié)?！庇嗝鞅笳f(shuō)。

此前，工信部發(fā)布《中國(guó)光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018-2022年）》，提出確保2022年中低端光電子芯片國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)60%，高端光電子芯片的國(guó)產(chǎn)化率突破20%；2022年國(guó)內(nèi)企業(yè)占據(jù)全球光通信器件市場(chǎng)份額的30%以上，有1家企業(yè)沖入全球前3名等。此次上海硅光子項(xiàng)目率先取得突破，將有利于國(guó)內(nèi)企業(yè)搶占通信器件高端市場(chǎng)，對(duì)于通信產(chǎn)品自主可控也具有重要意義，結(jié)合未來(lái)幾年千億級(jí)別的通訊網(wǎng)絡(luò)投資，市場(chǎng)前景廣闊。

除了通信，光芯片還能用于激光雷達(dá)、平行計(jì)算、大規(guī)模光開(kāi)關(guān)、三維光電集成等具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ那把仨?xiàng)目，成為自動(dòng)駕駛、新一代計(jì)算機(jī)、超高清電視等領(lǐng)域的核心部件。

去年，上海市政府將硅光子列入首批市級(jí)重大專項(xiàng)，投入大量經(jīng)費(fèi)，布局硅基光互連芯片研發(fā)和生產(chǎn)。而今，很多業(yè)內(nèi)人士感嘆，上海真是未雨綢繆，因?yàn)楣杌饣ミB芯片是新一代通信芯片，國(guó)內(nèi)通信企業(yè)已在這種器件上被卡了脖子。

隨著硅光子市級(jí)重大專項(xiàng)的推進(jìn)，上海有望涌現(xiàn)出一系列成果。王曦表示，專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)會(huì)通過(guò)建立高效的項(xiàng)目管理機(jī)制、加強(qiáng)戰(zhàn)略規(guī)劃研究、進(jìn)一步開(kāi)放協(xié)同等舉措，以全球視野實(shí)施重大專項(xiàng)，早日將上海打造成世界級(jí)硅光子基地。