今年是集成電路（IC）發(fā)明60周年，過去60年來，裝載著IC的電腦、筆電、手機與網(wǎng)絡(luò)，讓資訊運算能力大幅提升，也大大改變了人類的生活模式。人類生活模式的改變，特別是溝通與接收訊息方式，又進一步迫使IC運算能力必須相對提升。

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，儲存容量相差達萬倍以上。過去，一臺電腦幾乎要一個房間才能容納得下，如今，一支小小手機上的芯片功能就已超越過去電腦的運算能力。

雖然每隔1～1.5年，半導體芯片功能可強大兩倍的摩爾定律，在未來十年內(nèi)仍然有效，不過，也有很多人擔心盡頭即將到來。當傳統(tǒng)硅芯片透過曝光、顯影等制程技術(shù)而來到極限時，下一步，人類該如何讓半導體芯片功能繼續(xù)強大呢？

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

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，都是半導體異質(zhì)整合的應(yīng)用案例。

簡單來說，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)或半導體制程，再整合至另外一個硅晶圓、玻璃或其他半導體材料上面。

一般說來，異質(zhì)整合具備兩大優(yōu)勢：第一，在進行IC設(shè)計時，不需要把所有功能設(shè)計在同一個芯片上，可以提高設(shè)計開發(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。

工研院目前正在進行中的硅光子計劃，便屬于典型異質(zhì)整合例子。由于硅不適合處理光訊號，所以光纖通訊里面有很多不是使用硅的半導體，而是砷化鎵等材料，這導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，消耗的電能與運算容量自不在話下。

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

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

過去，***半導體產(chǎn)業(yè)具備兩大優(yōu)勢，一是上下游供應(yīng)鏈完整，二是半導體人才眾多。然而，面對傳統(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)在未來半導體市場上保有競爭優(yōu)勢。

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

近日，從市科委獲悉，張江實驗室牽頭承擔的硅光子市級重大專項在工藝技術(shù)方面取得突破，具備了光芯片流片能力。預計今年年內(nèi)，我國第一條硅光子研發(fā)中試線將在滬建成。這一專項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)，讓國內(nèi)企業(yè)擺脫對國外光芯片供應(yīng)商的依賴。

上海首批市級科技重大專項之一“硅光子市級重大專項”項目啟動會已于今年4月在張江實驗室舉行。硅光子技術(shù)讓光子作為信息載體，實現(xiàn)信號傳輸?shù)陌踩院涂煽啃裕怯型嵏矀鹘y(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、國際人類表型基因組一同作為首批市級科技重大專項，予以全力支持。

市科委副主任干頻介紹，硅光子重大專項由張江實驗室牽頭，國內(nèi)一批企業(yè)、高校和科研院所參與，通過擴展上海微技術(shù)工研院這一研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺的功能，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，滬上高校、科研院所和企業(yè)在這一領(lǐng)域開展了持續(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。“我們要在上海打造全產(chǎn)業(yè)鏈，包含芯片設(shè)計、制造、封裝、測試等各個環(huán)節(jié)。”余明斌說。

此前，工信部發(fā)布《中國光電子器件產(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產(chǎn)化率超過60%，高端光電子芯片的國產(chǎn)化率突破20%；2022年國內(nèi)企業(yè)占據(jù)全球光通信器件市場份額的30%以上，有1家企業(yè)沖入全球前3名等。此次上海硅光子項目率先取得突破，將有利于國內(nèi)企業(yè)搶占通信器件高端市場，對于通信產(chǎn)品自主可控也具有重要意義，結(jié)合未來幾年千億級別的通訊網(wǎng)絡(luò)投資，市場前景廣闊。

除了通信，光芯片還能用于激光雷達、平行計算、大規(guī)模光開關(guān)、三維光電集成等具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ那把仨椖浚蔀樽詣玉{駛、新一代計算機、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重大專項，投入大量經(jīng)費，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，因為硅基光互連芯片是新一代通信芯片，國內(nèi)通信企業(yè)已在這種器件上被卡了脖子。

隨著硅光子市級重大專項的推進，上海有望涌現(xiàn)出一系列成果。王曦表示，專項團隊會通過建立高效的項目管理機制、加強戰(zhàn)略規(guī)劃研究、進一步開放協(xié)同等舉措，以全球視野實施重大專項，早日將上海打造成世界級硅光子基地。