“芯”突破！最高速率硅光芯片“湖北造”

7月15日，在位于湖北武汉的国家信息光电子创新中心，技术人员正在对一批硅光芯片进行封装和测试。国家信息光电子创新中心总经理肖希向长江云新闻记者介绍，这批芯片，源于12英寸硅光工艺线的突破，属当前最先进的硅光工艺。

以光代电“打群架” 实现算力“换道超车”

所谓硅光技术，是指硅的平台上集成光芯片的技术。硅光芯片把芯片的信息载体由过去的电变成了光，利用光的传输速度、带宽、并行维度等优势，突破传统电子芯片的物理瓶颈，具有高带宽与低延迟、低功耗与低成本、绕开制程微缩限制等特性。以光代电，从传输原理上重构了算力架构。

“电信号的传输距离是受限的，转换成光信号之后，我们可以把原来的厘米级的互联距离扩展到几百米。”肖希介绍，目前，国产的GPU的算力有限，想实现更高算力，就需要创造一个算力集群，整合更多的GPU。然而，GPU之间的互联，用电的方案是行不通的，而改用光的互联，就能降低延迟，把千卡集群扩展到万卡集群，乃至10万卡集群。

“相当于‘打群架’的模式，一群人去PK一个人。”肖希风趣地解释，“通过硅光工艺，我们就能用更大的GPU的集群规模，去解决单颗CPU算力不足的问题。”

12英寸硅光工艺线 用更大“画布”搭建全链条平台

晶圆是芯片生产的原材料，是高纯度硅制成圆形薄片，相当于一块“画布”。在晶圆用光刻、蚀刻等工艺，形成集成电路结构，就像是在“画布”上“写字”。然后切割成小块的晶粒，测试后封装，就成为了芯片。当前，8英寸晶圆硅光平台已实现量产。然而，相对于传统工艺，硅光工艺对精度的要求更高，8英寸硅光平台的良率始终受限。

为此，国家信息光电子创新中心与合作单位展开深度联合攻关，共同推进12英寸硅光工艺线的突破。12英寸硅光工艺线，凭借大尺寸晶圆的先天优势与更先进的工艺设备，在良率上实现了突破性提升，能支撑超紧凑光器件的高精度加工与高性能输出，支撑硅光产业的进一步创新突破，助力我国在量子、光计算和智能传感产品等前沿领域，抢占国际话语权。截至目前，联合团队已建成覆盖仿真设计、工艺制备、测试验证、封装集成的全链条平台，形成 “设计-制备-测试-封装” 的完整服务能力。

“目前在芯片的技术指标方面，我们整体处于国内领先水平，在部分关键参数上，在国际上都是非常有竞争力的。”肖希介绍，有了12英寸硅光工艺线，芯片设计单位可以实现完全国产化的芯片生产制造，大大降低开发验证周期。“预计今年下半年到明年初，就会产出第一批的本地产的硅光芯片产品。”

3D堆叠封装技术 从“大平层”到“别墅”

更值得关注的是，依托3D堆叠封装技术，该平台未来可进一步实现光电共封装组件与光 I/O 接口的集成制备，为集成电路产业突破 “摩尔定律” 瓶颈提供关键支撑。

3D堆叠是一种芯片封装技术。以前造芯片是“平面绘画”，现在直接升级成“搭积木”——把芯片内的部件垂直堆叠，在性能大幅提升的同时，体积还能缩水。肖希介绍，“相当于以前的芯片是‘大平层’，而现在，我们可以用搭积木的方式来‘建别墅’。”

3D堆叠封装技术用更小的“占地面积”实现了更大的功能空间，同时，还可以有效缩短电学链路的长度，把芯片的带宽做到非常高。肖希介绍：“比如我们这块芯片就集成了八个通道，每个通道的调制和探测速率可以达到256Gbit/s。”

光电融合大势所趋，国家信息光电子创新中心不仅为我国人工智能领域急需的高端光电子芯片提供了稳定量产保障，更能支撑光量子、光传感、光计算等新兴领域的技术验证与产业落地，为我省乃至全国光电信息产业的高质量发展注入核心动力。

AI 时代，催生海量光芯片需求。当电算力触及天花板时，光将照亮新赛道。国家信息光电子创新中心的技术突破证明：通过光电融合的“中国方案”，曾经被“卡脖子”的芯片产业，正迎来换道超车的曙光。

（长江云新闻记者 黄晓萌 曹文超 李琨）