光电集成芯片有望助力解决“芯片之痛”(1)

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光电集成芯片有望助力解决“芯片之痛”

计算机是信息时代的重要标志，也是支撑信息技术的关键

支点。随着人工智能在多领域的应用，对算力的需求呈现出爆

发性的增长趋势。一方面，半导体制程已趋于电子芯片的物理

极限，电子计算的发展面临“速率”和“功耗”两大瓶颈且衍

生出功耗墙、访存墙与/墙等*大技术壁垒，现今计算访存比、

计算/比均比理想情况低 1—2 个数量级，通过减小芯片特征尺

寸提升计算性能面临巨大的挑战。另一方面，高性能电子芯片

的先进制程工艺设备，我国尚未实现完全自主可控，面临“卡

脖子”风险。与电子相比，光子作为玻色子具有独特的优势，

如高传输速度、高并行性、高带宽和低功耗、低时延等。因而，

以光学的技术手段去实现高性能信息处理与计算，是必然趋势。

传统基于自由空间光学的计算方法无法实现小型化，光子集成

被视为解决该问题的唯一技术手段。21 世纪以来，光子芯片经

历了从单元器件到规模化集成的飞速发展，在超高速通信、高

性能计算、大容量光互连和高精度光学传感等领域展现出巨大

的优势，学术界和工业界达成共识：光电集成芯片有望延续摩

尔定律，利用光电集成芯片进行信息交互是突破电子计算机发

展瓶颈的关键技术和有效途径，有望缓解甚至解决我国“芯片

之痛”。

硅光芯片融合了先进的微电子加工工艺和光子学前沿理论

在硅基芯片上集成激光器、光波导、光调制器和光探测器等光

子信息组件，以光子作为信息载体，实现信息的传递、交互与

计算等。相较于传统电子技术，硅光技术在信息处理的速度和

能效方面呈现显著的优势，为摩尔定律延续提供有力支撑。近

年来，硅光信息技术在全球范围内受到了高度关注与重视，美

国、欧盟等西方发达国家和地区纷纷将光电集成技术列入国家

发展的战略性规划之中。早在2*年，美国宣布成立国家层面的

集成光子制造研究所（hts），由政府、学术界、企业界等 12*

家单位构成，包含 B、t等*0 家企业，麻省理工、斯坦福等

##b##20 多家大学、**个学院和1*个组织。欧盟也先后制

定了信息与通信技术计划T2*、T2*和“地平线 2020”，其核

心内容就是推动光子集成产业发展。我国与国际同步在硅光技

术领域完成了战略布局且持续投入，从国家层面的“十三五”

到“十四五”规划，对集成电路、新一代人工智能技术均明确

了发展目标与战略需求，科技部、中国科学院等科技国家队也

先后部署相关的先导专项、重大科技项目，包括建设先进的光

电芯片制造工艺平台、光电芯片的前瞻性探索，并完善光电芯

片的产业生态链，以解决我国光电信息产业的无“芯”之痛，

提升我国在光电产业中的话语权。

在海量数据处理和人工智能对算力需求爆发性增长的今天

硅光技术在现代信息技术中扮演着至关重要的角色，将为多领

域带来颠覆性的技术革新。人工智能技术应用的关键是算力的

提升，在高性能计算机架构中，采用与具体应用模式相匹配的

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摘要：

光电集成芯片有望助力解决“芯片之痛”计算机是信息时代的重要标志，也是支撑信息技术的关键支点。随着人工智能在多领域的应用，对算力的需求呈现出爆发性的增长趋势。一方面，半导体制程已趋于电子芯片的物理极限，电子计算的发展面临“速率”和“功耗”两大瓶颈且衍生出功耗墙、访存墙与/墙等*大技术壁垒，现今计算访存比、计算/比均比理想情况低1—2个数量级，通过减小芯片特征尺寸提升计算性能面临巨大的挑战。另一方面，高性能电子芯片的先进制程工艺设备，我国尚未实现完全自主可控，面临“卡脖子”风险。与电子相比，光子作为玻色子具有独特的优势，如高传输速度、高并行性、高带宽和低功耗、低时延等。因而，以光学的技术手段去实现...

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