硅光芯片：突破“摩尔定律”曙光初现( 二 ) _电子

任何一项新技术的诞生，都不可能一蹴而就。硅基光电子技术虽然已取得一系列技术突破，但受限于光源、调控、光子器件研制等技术难题，目前还处于“量少价高”阶段，离大规模市场应用还有一段路要走。
面对目前芯片发展的“窘境”，硅基光电子技术无疑是未来信息技术发展的一大趋势。作为“后摩尔定律”时代的一项颠覆性技术，它既具有微电子尺寸小、耗电少、成本低、集成度高等特点，也有光电子多通道、大带宽、高速率、高密度等优点，已显示出卓越性能。
——集成强，整合易。硅基光电子技术利用大规模半导体制造工艺这一平台，可在绝缘体薄膜硅片上，集成信息吞吐所需的各种光子、电子、光电子器件，包括光源、光波导、调制器、探测器和晶体管集成电路等，从而在一个小小的芯片上实现光电子技术和微电子技术的高效整合。在量子通信、数据中心、智能驾驶、消费电子等对尺寸更加敏感的领域，有很大的应用空间，将会颠覆性改变人们未来生活方式。
——带宽大，速度快。在大数据时代，数据中心内的流量爆炸式增长，传统铜电路传输显得捉襟见肘。硅基光电子技术用光通路取代芯片间的数据电路，光模块的大带宽，不仅可降低能耗和发热，还能实现大容量光互连，有效解决网络拥堵和延迟等问题。同时，用激光束代替电子信号传输数据，可实现数据高速率传输。用户与数据中心之间、芯片与芯片之间、计算机设备之间以及长距离通信系统的信息发送和接收，都将因此变得快速、稳定。

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——能耗少，成本低。得益于硅基材料高折射率、高光学限制能力的天然优势，可将光波导宽度和弯曲半径分别缩减至约0.4微米和2微米，使其集成密度相对更高。密度增高带来的是芯片尺寸的缩减，这势必会带来低成本、低功耗、小型化等独特优势。
未来，实现微电子器件和光电子器件大规模集成的硅光芯片，不仅能有效解决传统硅芯片面临的技术瓶颈，而且能为半导体行业带来新的发展机遇，推动信息技术迈上新台阶。
发展方兴未艾，军事应用前景广阔
硅基光电子技术，是当前受到国际重点关注的一项战略前沿技术，呈现出方兴未艾之势，将在5G网络、生物医疗、量子信息、数据中心光互连等领域刮起一场深刻的变革风暴。
在军事领域，硅基光电子技术同样显示出广阔的应用前景——
军事通信方面，硅基光电子技术最大的优势在于拥有相当高的传输速率，可使处理器内核之间的数据传输速度快100倍甚至更高，能为未来信息化联合作战提供高速、海量的数据支撑。目前，400G硅光模块在一些国家已成功实现量产，在数据中心光互连架构中的应用价值已得到充分证明，可有效满足高速军事通信对超高传输速率、超低延时、超高稳定性、超低成本、低干扰的要求。
军事传感方面，应用硅基光电子技术的传感器，具有探测灵敏度高、尺寸小、战场适应性强、成本低等优势，将其用于下一代智能探测装置，可优化并升级作战性能。激光雷达已成为军事探测和侦察不可或缺的关键传感器，由于硅光芯片使用的SOI材料具有大折射率差，因而可对光实现更强束缚，其器件能得到显著缩小。目前激光雷达普遍庞大笨重，未来应用硅基光电子技术传感器的激光雷达将变得跟邮票一样大，从而使得军事探测和侦察目标更加精确且更具隐蔽性。有资料显示，一些国家已研制出基于硅基光学相控阵芯片的全固态激光雷达，其高集成度、快速扫描、小体积、低成本等优势，将成为下一代军用激光雷达的重要技术支撑。