2024年馬拉加全球光子技術(shù)經(jīng)濟(jì)論壇專題討論2：光子技術(shù)是否屬于半導(dǎo)體技術(shù)？

逍遙設(shè)計(jì)自動化

引言
光子技術(shù)作為利用光能的科學(xué)，有望改變多個行業(yè)，包括電信、計(jì)算和傳感。能以驚人的速度傳輸數(shù)據(jù)，處理大量帶寬，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電子技術(shù)。然而，要充分實(shí)現(xiàn)這一潛力，光子技術(shù)行業(yè)必須克服障礙，特別是在擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模和實(shí)現(xiàn)成本效益方面。這一挑戰(zhàn)成為"2024年馬拉加全球光子技術(shù)經(jīng)濟(jì)論壇"討論的核心，業(yè)界領(lǐng)袖齊聚一堂，參與題為"光子技術(shù)是否屬于半導(dǎo)體技術(shù)？"的專題討論[1]。

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1 o( Q- k5 ~, L4 w) R# e專題討論小組由來自GlobalFoundries、AIXTRON SE、ficonTEC、Fraunhofer HHI和NVIDIA的代表組成，強(qiáng)調(diào)光子技術(shù)行業(yè)迫切需要采用推動半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的原則和最佳實(shí)踐。本文探討專題討論的主要觀點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注光子技術(shù)和半導(dǎo)體的異同、光子技術(shù)行業(yè)面臨的獨(dú)特挑戰(zhàn)，以及創(chuàng)造更美好未來的潛在解決方案。

尋找共同點(diǎn)：光子技術(shù)和半導(dǎo)體行業(yè)的比較
光子技術(shù)和半導(dǎo)體在核心原則和實(shí)踐中有著共同之處。這些共同點(diǎn)為光子技術(shù)行業(yè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，助其實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展和具有成本效益的生產(chǎn)。

共同基礎(chǔ)：兩個行業(yè)都依賴于相似的材料，包括硅、鍺和氮化硅。雖然操作規(guī)模不同，但制造工藝的基本原理相似。這一共同基礎(chǔ)為知識轉(zhuǎn)移和潛在的半導(dǎo)體制造技術(shù)在光子技術(shù)中的應(yīng)用提供了可能。

集成為核心：硅基光電子技術(shù)本質(zhì)上涉及將光學(xué)和電子元件集成到單個芯片上，這一概念深植于半導(dǎo)體制造中。這種集成為更復(fù)雜、更強(qiáng)大的器件開發(fā)創(chuàng)造了條件。

封裝 - 共同瓶頸： 光電子和電子芯片都面臨封裝限制帶來的性能挑戰(zhàn)。專題討論強(qiáng)調(diào)，在兩個行業(yè)中，封裝對最終產(chǎn)品的整體性能和成本都起著關(guān)鍵作用。
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$ D6 _9 }# R" {4 N2 D! \1 E: ]探索差異：光子技術(shù)和半導(dǎo)體的分界線
相似之處為合作和學(xué)習(xí)提供了機(jī)會，但了解兩個行業(yè)的主要差異對解決光子技術(shù)制造面臨的獨(dú)特挑戰(zhàn)至為重要。

產(chǎn)量差距：半導(dǎo)體行業(yè)的產(chǎn)量顯著更高，以十億計(jì)的單位，遠(yuǎn)超光子技術(shù)行業(yè)僅以百萬計(jì)的產(chǎn)出。這種產(chǎn)量差距產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，影響標(biāo)準(zhǔn)化、自動化和測試基礎(chǔ)設(shè)施的投資。

價值定義 - 觀念轉(zhuǎn)變：半導(dǎo)體行業(yè)專注于通過規(guī)模效應(yīng)最大化晶圓產(chǎn)量并降低成本。然而，光子技術(shù)行業(yè)的價值主張?jiān)谟趯?shí)現(xiàn)常規(guī)電子技術(shù)無法達(dá)成的能力。這一根本差異需要在成本結(jié)構(gòu)和市場策略方面轉(zhuǎn)變思維方式。

成本結(jié)構(gòu) - 應(yīng)對不同環(huán)境：半導(dǎo)體行業(yè)的高產(chǎn)量允許通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)積極的成本削減。光子技術(shù)行業(yè)由于產(chǎn)量較低，在實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)電子技術(shù)成本相當(dāng)方面面臨更大挑戰(zhàn)。這要求探索適合光子技術(shù)制造特定需求的替代成本優(yōu)化策略。
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% o8 T5 Y: B: J+ u+ p* m0 B: F5 C直面挑戰(zhàn)：光子技術(shù)制造的障礙
- W9 h% c& D9 x1 o. r- q專題討論坦率地指出了阻礙光子技術(shù)制造可擴(kuò)展性和成本效益的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。認(rèn)識這些障礙是尋找可行解決方案的第一步。

標(biāo)準(zhǔn)化困境：關(guān)鍵組件（包括光柵耦合器和光纖連接工藝）缺乏行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)，阻礙了自動化測試和組裝解決方案的發(fā)展。這導(dǎo)致獨(dú)特"雪花"解決方案的激增，每種方案都需要定制的測試和組裝程序，最終增加了成本和復(fù)雜性。

保護(hù)知識產(chǎn)權(quán) - 分享的猶豫：公司常常嚴(yán)格保護(hù)設(shè)計(jì)知識產(chǎn)權(quán)，阻礙了開放合作和建立通用標(biāo)準(zhǔn)。這種不愿分享知識的態(tài)度在行業(yè)內(nèi)形成孤島，減緩了進(jìn)步和創(chuàng)新的步伐。

晶圓級測試能力不足：光子技術(shù)行業(yè)在強(qiáng)大的晶圓級測試能力方面落后于半導(dǎo)體行業(yè)。這一不足使得在制造過程早期識別和糾正缺陷變得困難，導(dǎo)致產(chǎn)品良率降低和生產(chǎn)成本增加。

自動化投資不足：相對較低的產(chǎn)量抑制了專門針對光子技術(shù)封裝的自動化解決方案的大量投資。自動化的缺乏限制了生產(chǎn)效率，增加了對人工的依賴，推高了成本。
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1 Q0 {% `2 w" b& r% w+ k( O縮小差距：借鑒半導(dǎo)體成功經(jīng)驗(yàn)
專題討論不僅關(guān)注挑戰(zhàn)，還提出了受半導(dǎo)體行業(yè)成功啟發(fā)的具體解決方案。通過采用這些策略，光子技術(shù)行業(yè)可以克服局限性，釋放全部潛力。

擁抱標(biāo)準(zhǔn)化力量：就關(guān)鍵組件（如光柵耦合器、光纖連接接口和測試程序）的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格達(dá)成行業(yè)共識，可以徹底改變光子技術(shù)制造。標(biāo)準(zhǔn)化的測試和組裝設(shè)備將降低成本，提高效率，縮短上市時間。

開放合作與知識產(chǎn)權(quán)共享：克服不愿分享知識產(chǎn)權(quán)的心理對成功實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化至關(guān)重要。建立致力于開發(fā)和推廣通用標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)聯(lián)盟或工作組可以培養(yǎng)合作和知識分享的文化，加速最佳實(shí)踐的采用。

投資晶圓級測試和調(diào)整：開發(fā)和部署先進(jìn)的晶圓級測試解決方案，包括調(diào)整能力，將允許早期缺陷檢測和糾正。這將顯著提高良率并降低制造成本，與半導(dǎo)體行業(yè)的做法保持一致。

與自動化解決方案提供商建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系：積極與專門從事半導(dǎo)體制造自動化解決方案的公司合作可以提供寶貴的專業(yè)知識。將現(xiàn)有技術(shù)調(diào)整應(yīng)用于光子技術(shù)封裝將加速向大規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型，模仿半導(dǎo)體行業(yè)在自動化方面的成功。


5 [- {* I0 d+ r4 |! @展望未來：2030年及以后的光子技術(shù)
專題討論小組對未來的愿景描繪了光子技術(shù)與高帶寬微電子無縫集成的圖景，在各個行業(yè)釋放前所未有的性能水平。這一未來取決于幾個關(guān)鍵發(fā)展：

無縫互操作性 - 打破壁壘：開發(fā)光子技術(shù)組件的標(biāo)準(zhǔn)化接口對于與電子系統(tǒng)的無縫集成至為重要。這種互操作性將為實(shí)現(xiàn)光電共封裝和其他先進(jìn)封裝解決方案創(chuàng)造條件，開啟微型化和性能的新時代。

大規(guī)模生產(chǎn) - 擴(kuò)展視野：克服當(dāng)前的產(chǎn)量限制需要將光子技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)展到利基市場之外。瞄準(zhǔn)高容量消費(fèi)電子市場或利用光子技術(shù)進(jìn)行傳感和能量收集等應(yīng)用可以推動必要的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，吸引更多投資。

專業(yè)知識融合 - 統(tǒng)一戰(zhàn)線：促進(jìn)光子技術(shù)和半導(dǎo)體行業(yè)之間更緊密的關(guān)系將釋放協(xié)同潛力。分享專業(yè)知識和資源將加速先進(jìn)制造解決方案的開發(fā)和部署，推動兩個行業(yè)共同前進(jìn)。

專題討論小組強(qiáng)調(diào)光子技術(shù)行業(yè)需要根本性的思維轉(zhuǎn)變。行業(yè)不應(yīng)僅專注于單個組件的優(yōu)化，還必須優(yōu)先開發(fā)解決系統(tǒng)級挑戰(zhàn)的集成解決方案。這種整體方法，結(jié)合采用推動半導(dǎo)體行業(yè)成功的標(biāo)準(zhǔn)化、自動化和合作原則，將使光子技術(shù)行業(yè)充分發(fā)揮潛力。通過縮小光子技術(shù)和半導(dǎo)體之間的差距，為各行各業(yè)的突破性創(chuàng)新創(chuàng)造條件。

4 K* ^4 ^  C+ k" P) v  N0 X9 l參考來源
5 D2 B# C* W+ z7 P/ p[1] S. Joulani, "Photonics Insights - Panel Discussion: Is Photonics a Semiconductor Technology?," YouTube, Oct. 07, 2024. [Online]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=0hD8HDtCKso. [Accessed: Oct. 20, 2024].
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