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2022-12-02

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1.硅光技術是什么

????????硅光技術就是以光子和電子為信息載體的硅基光電子大規(guī)模集成技術，是大數(shù)據(jù)、人工智能、未來移動通信等新興產(chǎn)業(yè)的基礎性支撐技術，可廣泛應用于大數(shù)據(jù)中心、5G、物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)，能夠大大提高集成芯片的性能。

2.那什么是硅光芯片呢

????????硅光芯片就是通過標準半導體工藝將硅光材料和器件集成在一起的集成光路，主要由調制器、探測器、無源波導器件等組成，它可以將多種光器件集成在同一硅基襯底上。

????????這一切都得益于硅光技術的產(chǎn)生。

3.硅光技術是如何產(chǎn)生的

????????受集成電路的啟發(fā)，集成光路的概念被提出，即利用光波導將一系列光電子器件集成在同一個襯底上，從而構成一個具有一定獨立功能的微型光學系統(tǒng)。集成光路就是以硅CMOS工藝為基礎的微電子技術，技術積累十分全面，并且硅基工業(yè)已經(jīng)具有了強大的產(chǎn)業(yè)能力。以硅基作為襯底，利用硅CMOS工藝將光電子器件集成，硅光技術應運而生，憑借兼具微電子和光電子兩大技術優(yōu)勢，成為了半導體和通信企業(yè)的競爭熱點。

4.為什么要發(fā)展硅光芯片

????????微電子技術是當今半導體領域的主要技術，已經(jīng)遵循摩爾定律發(fā)展了60多年。隨著微電子芯片集成度不斷增加，工藝線寬不斷變窄，微電子技術已經(jīng)逐漸接近性能極限，摩爾定律[1]面臨失效！同時進入5G時代，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笤絹碓礁摺?/p>

????????傳統(tǒng)的電芯片在信號傳輸模式上遇到了帶寬、功耗、延時等一系列瓶頸問題。而與微電子只有“一字之差”的光電子，憑借高速和低功耗等優(yōu)勢逐步走上歷史舞臺!

????????而硅光技術也更加廣泛的運用于了軍事方面。

[1]摩爾定律：集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過18個月到24個月便會增加一倍。換言之，處理器的性能大約每兩年翻一倍，同時價格下降為之前的一半。

5.硅光芯片在軍事方面的應用

????????在軍事通信方面，硅基光電子技術最大的優(yōu)勢在于擁有相當高的傳輸速率，可使處理器內核之間的數(shù)據(jù)傳輸速度快100倍甚至更高，能為未來信息化聯(lián)合作戰(zhàn)提供高速、海量的數(shù)據(jù)支撐。目前，400G硅光模塊在一些國家已成功實現(xiàn)量產(chǎn)，在數(shù)據(jù)中心光互連架構中的應用價值已得到充分證明，可有效滿足高速軍事通信對超高傳輸速率、超低延時、超高穩(wěn)定性、超低成本、低干擾的要求。

????????在軍事高性能計算方面，能耗和信息讀取速度成為制約高性能計算發(fā)展的兩大因素，與電路相比較，光互連具有低損耗、低色散特點，且不存在寄生效應[2]。其性能與成本不會隨著距離增加而顯著增加，可使計算機并行處理能力和計算能力得到大幅提升。應用硅基光電子芯片的軍事高性能計算機，將在導彈彈道計算、核爆炸計算等方面發(fā)揮重要作用。

????????此外，硅基光電子技術在軍事醫(yī)療、軍事偵察、軍事智能化等領域也展現(xiàn)出廣闊的應用前景。目前，在軍事醫(yī)療方面，已研制出生物傳感器芯片；在軍事偵察方面，一些國家已研制出基于硅基光學相控陣芯片的全固態(tài)激光雷達，其高集成度、快速掃描、小體積、低成本等優(yōu)勢，將成為下一代軍用激光雷達的重要技術支撐；在軍事智能化領域，硅光神經(jīng)網(wǎng)絡的建成和投入使用，將充當軍事智能化發(fā)展的“催化劑”。

????????未來，硅光芯片的前景廣闊，其應用未必比電子芯片少?？梢灶A見的是，?未來會是一個硅光芯片、電子芯片平分天下的局面。

[2]寄生效應：就是本來沒有在那個地方設計電容或電感甚至電阻，然而因為某些因素如結構之間、PCB布線、管腳引線、通孔質量、焊盤到地距離、焊盤到電源平面距離、和焊盤到印制線之間、材料差異、器件封裝、封裝引腳和印制線過長等，特別是在高速電路中而表現(xiàn)出來的呈容性、感性、阻性。

文獻摘要：

[1].?一種讓人振奮的黑科技——硅光技術?搜狐

[2].?論硅光芯片出現(xiàn)的必然性及其技術展望?江桐?科技信息, 2010 (21), p.I0042-I0042

[3].?論硅光芯片出現(xiàn)的必然性及其技術展望?江桐?科技信息, 2010 (21), p.I0042-I0042

[4].?光電子技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展 [J].常坤;.

[5].?無線互聯(lián)科技 2014(04)光電子技術及其應用前景 [J].陳穎賢;

[6].?電子世界 2018(01)光電子技術的發(fā)展和應用 [J].蘇德輝;

[7].?電子技術與軟件工程 2021(09)

圖片均來源于百度

撰 稿 人 ：科技協(xié)會科創(chuàng)部　　　　 常國秦 薛睿博 陳逸凡

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