矽光子技術ABC:三大矽光子領軍人物談矽光子

2021-01-20 光纖在線

【光纖在線報導】6/14/2016, Gazettabyte最近連續發表三篇採訪，專訪全球矽光子領域的三大領軍人物，

Andrew Rickman：前Bookham 創辦人，Kotura董事，現任矽光子初創公司Rockley光子的CEO



Mario Paniccia：Intel矽光項目2002年-2008年期間負責人，現任諮詢顧問



Graham Reed：前英國Surrey大學教授，Andrew Rickman的博士導師，現任英國南安普頓大學光電研究中心教授

三大矽光子領軍人物從他們各自的角度談矽光子的發展，矽光子的未來。本文簡要把他們的觀點整理如下：

矽光子技術是一項顛覆性的技術嗎？
       Rickman認為矽光子技術是一項根本性改變的技術，而不是普通的線性改善。問題在於矽光子技術用在哪裡？現在的問題如何去解決？
       Reed認為矽光子當然是顛覆性的（disruptive）技術。所謂顛覆，就是在一個領域用得好的技術能夠跨界到其他領域。矽光子本來用在短距離通信，但是現在隨著矽光調製技術的不斷提高，已經開始能用在長途傳輸領域。這就是一種顛覆。矽光子的優勢在於支持低成本製造，與其他電子器件生產兼容。

為什麼摩爾定律到頭了？
     Rickman指出每兩年電晶體密度翻倍的摩爾定律實際上已經到頭。現在雖然密度還在提高，但是功耗已經不能同步降低。I/O能力也不能跟著翻倍。

矽光子的發源
     Riciman是在讀書時研究光纖陀螺儀的時候想到鈮酸鋰的波導為什麼不能用矽波導取代。在1980年代，那還是一個瘋狂的想法。在Reed教授指導下，他開始從事這方面的研究。最初的產品每釐米波導損耗要20-30dB，但是很快他們就做出了低損耗的矽波導。Surrey大學的工作，尤其是該校的Richard Soref的工作，被認為是矽光子的發起。Richard Soref也被認為是矽光子之父。
     Rickman指出矽光子的難點在於光波波長比電子波長長，光波對波導粗糙度更敏感，用普通CMOS工藝做出的器件會有很嚴重的問題。用CMOS做矽光子器件的難度比製作普通電子器件至少高一個數量級。
      Intel的矽光技術發源於使用雷射電壓探測法檢測微處理器。Paniccia當時提出一個問題，如果能用光來讀取電晶體交換，那麼能用光實現矽器件的通信嗎？從2000年開始，Intel開始和Graham Reed教授的團隊合作開發矽光子技術。他們的第一個產品是1Ghz的矽光調製器。

矽光子產業已經過了轉折點
     Reed和Paniccia都引用美國政府AIM的例子說明矽光產業的發展已經過了轉折點。看看大公司的投資，看看AIM那6.1億美元的投資。現在市場上雖然矽光子的商用產品還不多，但是很可能廠商只是在等待別人先發布或是在評估不同的技術。現在只是爆發前的靜默期。
     Paniccia認為100Gbps市場是矽光子技術的關鍵市場。矽光子產品將從次進入商業規模應用。他指出STM已經建立了一條12英寸的矽光產線。已經有多家公司在銷售商用的矽光產品。現在很多公司不僅在開發單獨的矽光子器件，更多是在開發整個的系統。

如何發展矽光子
     Rickman認為用矽光子做光模塊，或者僅僅是作為半導體技術的疊加去延長摩爾定律的壽命，都不能發揮矽光子技術的潛能。他們Rockley的做法是從系統的角度去考慮，控制好矽光子應用的環境。他們的團隊包括了計算機科學家，CMOS工程師還有矽光的設計者一起。

矽光子領域的進展
     Rockley公司已經發展了基於矽光的交換晶片，控制ASIC以及相關的協議，WDM復用器
     Reed教授的團隊已經開發出基於矽光子的諧振器，基於MMI的4-8通道的復用器等產品。他們也在開發一些利用新調製技術的複雜系統。

矽光子目前的技術挑戰
     Reed認為與光纖的耦合還有晶圓級的檢測是兩大技術挑戰。如何將10微米纖芯的光纖與只有0.35到0.5微米尺寸的波導對準，現在的通用做法是使用模式轉換器或者光柵耦合器。對於晶圓耦合，現在通常只能做到整個晶圓的檢測，無法判斷單個器件的好壞。他的團隊為此發展了一種可擦寫的光柵放在器件的兩側用於檢測，最後出廠前再用雷射器擦除。
     Reed教授表示他從Surrey來到南安普頓的理由就是看中這裡的矽光產線。這條產線可能是歐洲最先進的。以前去外面流片一次，最長也許需要幾年才能有結果。

矽光子的電信以外的前景
       Paniccia指出未來的汽車工業也可能是矽光的重要市場。以LIDAR技術所需要的大量光源和光探測器來說，矽光提供了一個低成本低功耗的解決方案。
       Reed教授的團隊正在研究將矽光子用於中遠紅外領域。如果能用矽光子實現晶片級生物檢測，那這將是一個可靠的低成本的解決方案。將矽光子用於中遠紅外波長，對於矽光子本身製造可能更加簡單但是光源和探測器的問題更難解決。

文章連結
http://www.gazettabyte.com/home/2016/5/6/tackling-system-design-on-a-data-centre-scale.html
http://www.gazettabyte.com/home/2016/5/23/mario-paniccia-we-are-just-at-the-beginning.html
http://www.gazettabyte.com/home/2016/5/28/professor-graham-reed-the-calm-before-the-storm.html




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