國內(nèi)外硅光芯片面臨的挑戰(zhàn)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/周凱揚）對于集成光電技術(shù)來說，由于受限于大量分立器件，光學(xué)特性又主要取決于各種材料，所以集成光電向來都是一個低產(chǎn)量和高成本的技術(shù)。硅光技術(shù)的出現(xiàn)創(chuàng)造了一條新的快車道，讓設(shè)計者依靠成熟的CMOS技術(shù)走捷徑。

無論是數(shù)據(jù)中心以及5G基建的光模塊、汽車激光雷達和智能穿戴生物光電傳感器，還有光量子通信等芯片的開發(fā)，都開始走向硅光這一路線。不過與傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體技術(shù)不同，硅光工藝依舊面臨著不少挑戰(zhàn)，尤其是為數(shù)不多的工藝平臺選擇。

國外硅光工藝平臺

在硅光領(lǐng)域，尤其是在光模塊上，自己設(shè)計自己制造的英特爾無疑是實力最強勁的一個，也是各大廠商中技術(shù)積累最久的。但除了英特爾這樣的IDM硅光廠商外，國外還是有不少開放硅光工藝平臺的，比如美國的格芯、AIM Photoics，新加坡的AMF以及被英特爾收購后仍將繼續(xù)開展第三方代工業(yè)務(wù)的以色列代工廠Tower Semiconductor等等。這些代工廠從最初的光電集成技術(shù)開始，逐漸在近年來發(fā)現(xiàn)硅光技術(shù)的重要性，于是紛紛推出自己的硅光工藝平臺，主要是基于SOI和SiN技術(shù)。

今年三月，格芯宣布與博通、思科、Marvell等廠商合作，提供新一代硅光平臺GF Fotonix，在12英寸的晶圓上，實現(xiàn)光子元件、射頻和高性能CMOS的單芯片集成。雖然沒有明說，但GF Fotonix應(yīng)該是其90WG、45CLO工藝節(jié)點以及硅光封裝技術(shù)的整合平臺。

從發(fā)布新聞的合作廠商背書來看，格芯明顯是光模塊廠商和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備巨頭在硅光工藝平臺上的首選了，也只有這么大的客戶量能支撐得起12英寸晶圓廠的產(chǎn)能。這點從格芯的財報中也可以看出，今年第一季度來自智能手機設(shè)備終端的營收占比已經(jīng)從去年同期的54%降到了50%，而來自通信基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)中心的占比從13%提升至17%。

國內(nèi)硅光工藝平臺

要說開放硅光工藝平臺的話，國內(nèi)也有，比如中科院微電子所的硅光子平臺、聯(lián)合微電子中心的硅光工藝平臺，除此之外中芯國際下的中芯集成電路（寧波）的光電集成業(yè)務(wù)中也有SOI異質(zhì)光電集成，不過目前其工藝平臺支持似乎只有RFSOI和HVBCD，分別為射頻前端和高壓模擬。

與國外相比，國內(nèi)的開放硅光工藝平臺在先進程度上要稍遜色一些，而且整體規(guī)模要小一些，以180nm/130nm和8英寸晶圓為主，但同工藝節(jié)點下的性能其實并不輸國外，而且國內(nèi)的硅光設(shè)計公司已經(jīng)開始嶄露頭角。

聯(lián)合微電子中心的硅光工藝平臺應(yīng)該是國內(nèi)發(fā)展最快的了，這家2018年成立的公司在不到4年的時間里，就已經(jīng)提供了180nm的硅光成套工藝CSiP180AI，以及加入雙層銅互連技術(shù)的130nm工藝CSiP130Cu，同時還有300nm的碳化硅光電工藝CSiN300和3D異構(gòu)集成工藝C3DS10。

同樣值得注意的是，原材料價格上漲帶來的漲價潮同樣影響到了硅光芯片，比如聯(lián)合微電子就在今年年初發(fā)布了漲價通知，表示由于掩膜版等原材料大幅上漲，將把SOI無源MPW的流片價格從4萬元/block提升至48000元/block。

結(jié)語

單有工藝平臺還不夠，硅光芯片與傳統(tǒng)的硅基芯片在設(shè)計上同樣有著相當(dāng)大的區(qū)別，這也是為何EDA廠商近年來紛紛開始硅光設(shè)計工具PDA的布局，充分與硅光工藝平臺的PDK結(jié)合。比如上面提到的格芯GF Fotonix，就與Ansys、Cadence和新思展開了合作，中科院微電子所的硅光工藝平臺PDK集成到了新思OptoDesigner、Luceda Photonics IPKISS等工具中，方便設(shè)計者靈活地進行硅光芯片設(shè)計。

至于為何一些大的晶圓代工廠沒有選擇跟進，比如臺積電、三星，可能在他們來看硅光工藝帶來的晶圓需求量還不足以值得他們花這么大功夫。畢竟目前硅光最大的市場也只是光模塊乃至未來的激光雷達而已，如果要為此單獨建設(shè)一個12英寸的晶圓廠，可能一年下來產(chǎn)能都跑不滿，所以像臺積電這樣的廠商也只是有硅光芯片對應(yīng)的封裝方案而已。所以硅光要想走向晶圓廠的主流視野，目前看來還是缺乏額外的市場機遇。