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引言& m( g7 k T- O) T0 y7 g
光子技術(shù)作為利用光能的科學(xué),有望改變多個(gè)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 M. i. t( Y! [# p Y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(dòng)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。
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5 @9 C0 ?2 h! P* t/ g o尋找共同點(diǎn):光子技術(shù)和半導(dǎo)體行業(yè)的比較: O( y- i5 i1 v$ `" ]1 i
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(gè)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(shí)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(gè)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(gè)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。( _! t+ W4 g3 j! a- A. B
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探索差異:光子技術(shù)和半導(dǎo)體的分界線3 K$ n$ N1 Q9 J. ]( K! V
相似之處為合作和學(xué)習(xí)提供了機(jī)會(huì),但了解兩個(gè)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(dòng)化和測試基礎(chǔ)設(shè)施的投資。價(jià)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(jià)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。, U" ^, N6 C ^
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直面挑戰(zhàn):光子技術(shù)制造的障礙9 I& G2 C* W& U7 m
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(shí)這些障礙是尋找可行解決方案的第一步。3 @, {5 w6 ~1 Z( }2 I$ F
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(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)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(dòng)化解決方案的大量投資。自動(dòng)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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7 D5 @7 R q2 a& ~+ b: k, L: N縮小差距:借鑒半導(dǎo)體成功經(jīng)驗(yàn)
0 O) Z+ _! c9 ~4 _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。; W X0 v% c' a) o7 i+ P4 b% R- T
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(shí),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(shí)間。開放合作與知識(shí)產(chǎn)權(quán)共享:克服不愿分享知識(shí)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(shí)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(dòng)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(dòng)化解決方案的公司合作可以提供寶貴的專業(yè)知識(shí)。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(dòng)化方面的成功。* b* b( F/ J( z2 |$ T* \
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+ C6 t1 m6 n3 I; S1 P2 H* R& f展望未來:2030年及以后的光子技術(shù)
$ W* z/ W8 X! u" V2 `2 c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(gè)行業(yè)釋放前所未有的性能水平。這一未來取決于幾個(gè)關(guān)鍵發(fā)展:7 f- g1 X4 n, J' X; g
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(shí)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(dòng)必要的規(guī)模經(jīng)濟(jì),吸引更多投資。專業(yè)知識(shí)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(shí)和資源將加速先進(jìn)制造解決方案的開發(fā)和部署,推動(dòng)兩個(gè)行業(yè)共同前進(jìn)。
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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(gè)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(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)成功的標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)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。" R/ l0 m0 P- O6 e7 s+ T0 X
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參考來源5 r5 A" B# g* \5 j. ?
[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].4 |! a, e- d, R; X
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- J: b+ Z8 d( F- k: }( E. R關(guān)于我們:
) q* _, Q! z( {1 a深圳逍遙科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件,提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分別針對光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù),廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作,推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。5 V7 f: q. S* |' H# P
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