光子芯片是什么技术？它的集成度又如何？

中国在经历美国誓不罢休的芯片制裁打压下，近日来，中科鑫通微电子技术有限公司官宣“首条国产光子芯片产线2023年在北京建成”，这一消息霸屏这两天的朋友圈。大规模光子集成芯片于2016年由中科院启动，是国家战略性先导科技专项。目前该专项现阶段的结果已经达到了国际领先水平，实现了单片集成15408个基础元件的16*16光学交叉矩阵芯片[1]。

光子芯片利用半导体发光技术，发光现象属半导体中的直接发光，靠光来传输信息和数据。芯片每平方毫米处理数据的速度达到300Gbps，比现有标准处理器快10-50倍[2]。通俗来说，光子芯片计算速度极传输速率是电子芯片的1000倍，功耗是电子芯片的九万分之一。一定具备高速度，低能耗的特点。

光子芯片的工艺决定了它能成为不依赖极高端光刻机的量产芯片。光子芯片除了制作工艺略微简单，半导体的工艺材料也从第一代硅基晶圆发展为磷化铟，砷化镓的第二代半导体材料。将砷化镓作为光子芯片的材料，优势是砷化镓材料禁带宽度比较宽，比硅要宽；它是直接跃迁，直接跃迁就是光电转换效率较高，应用于太阳能领域，它能吸收更多光谱，光电转换效率非常高。磷化铟比砷化镓传输速度更快，它的特殊性体现在目前的5G领域，主要用于光通讯领域，例如在大数据的传输过程中，磷化铟材料可用于接收或发射。作为光子芯片的主要材料，我们第一代硅不能直接发光，但是砷化镓和磷化铟可以直接发光。但是并不是所有的光子芯片都必须采用第二代半导体材料，材料的决定还是要根据工艺来。

从工艺上，光子芯片的生产工序依次为 MOCVD 外延生长、光栅工艺、光波导制作、金属化工艺、端面镀膜、自动化芯片测试、芯片高频测试、可靠性测试验证等，复杂程度不亚于电子芯片。

从计算力上，类脑光子芯片模拟人脑的计算，通过光子携带信息在模拟大脑的神经网络构架下处理数据，使芯片达到像人脑一样高速并行且低功耗的计算。光子具有光速传播、抗电磁干扰、任意叠加等特性，光学计算具有天然的并行计算特性，因而运算速度极快，且十分适合做并行运算。以微纳光子集成为基础的光子芯片结合基于光学计算的神经网络数据处理系统是应对未来低功耗、高速度、宽带宽、大数据量信息处理能力的关键[3]。

人们想了很多方案来推动摩尔定律向前，3D封装，增加芯片面积等，然而利用光子计算方法替代传统电子计算方法将是解决摩尔定律困境以及冯•诺依曼架构的问题，即解决当前算力、功耗问题的极具潜力的途径之一。

[1]光子芯片的集成度已经到哪一步了？电子发烧友网

[2]光子芯片。搜狗百科

[3]被热议的光子芯片，究竟厉害在哪里？光电汇OESHOW