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

逍遙設(shè)計自動化

引言
; d) |, B: D+ B' N9 A光子技術(shù)作為利用光能的科學，有望改變多個行業(yè)，包括電信、計算和傳感。能以驚人的速度傳輸數(shù)據(jù)，處理大量帶寬，遠超傳統(tǒng)電子技術(shù)。然而，要充分實現(xiàn)這一潛力，光子技術(shù)行業(yè)必須克服障礙，特別是在擴大生產(chǎn)規(guī)模和實現(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)是否屬于半導體技術(shù)？"的專題討論[1]。

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  w) w) e* q5 A$ O專題討論小組由來自GlobalFoundries、AIXTRON SE、ficonTEC、Fraunhofer HHI和NVIDIA的代表組成，強調(diào)光子技術(shù)行業(yè)迫切需要采用推動半導體行業(yè)發(fā)展的原則和最佳實踐。本文探討專題討論的主要觀點，重點關(guān)注光子技術(shù)和半導體的異同、光子技術(shù)行業(yè)面臨的獨特挑戰(zhàn)，以及創(chuàng)造更美好未來的潛在解決方案。

! i5 J- `  L# I( d, Q) D' A尋找共同點：光子技術(shù)和半導體行業(yè)的比較
* y& h; s) p# J4 d; j* e/ _光子技術(shù)和半導體在核心原則和實踐中有著共同之處。這些共同點為光子技術(shù)行業(yè)提供了寶貴經(jīng)驗，助其實現(xiàn)可擴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)上涉及將光學和電子元件集成到單個芯片上，這一概念深植于半導體制造中。這種集成為更復(fù)雜、更強大的器件開發(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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探索差異：光子技術(shù)和半導體的分界線
$ R  ^4 W2 m4 h" }& v相似之處為合作和學習提供了機會，但了解兩個行業(yè)的主要差異對解決光子技術(shù)制造面臨的獨特挑戰(zhàn)至為重要。

產(chǎn)量差距：半導體行業(yè)的產(chǎn)量顯著更高，以十億計的單位，遠超光子技術(shù)行業(yè)僅以百萬計的產(chǎn)出。這種產(chǎn)量差距產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，影響標準化、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)的價值主張在于實現(xiàn)常規(guī)電子技術(shù)無法達成的能力。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：半導體行業(yè)的高產(chǎn)量允許通過規(guī)模經(jīng)濟實現(xiàn)積極的成本削減。光子技術(shù)行業(yè)由于產(chǎn)量較低，在實現(xiàn)與傳統(tǒng)電子技術(shù)成本相當方面面臨更大挑戰(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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+ |5 h/ E$ A( _# T) @直面挑戰(zhàn)：光子技術(shù)制造的障礙
2 b% d6 H4 S: {5 o" ~$ g6 y" V專題討論坦率地指出了阻礙光子技術(shù)制造可擴展性和成本效益的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。認識這些障礙是尋找可行解決方案的第一步。

標準化困境：關(guān)鍵組件（包括光柵耦合器和光纖連接工藝）缺乏行業(yè)通用標準，阻礙了自動化測試和組裝解決方案的發(fā)展。這導致獨特"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。

保護知識產(chǎn)權(quán) - 分享的猶豫：公司常常嚴格保護設(shè)計知識產(chǎn)權(quán)，阻礙了開放合作和建立通用標準。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)在強大的晶圓級測試能力方面落后于半導體行業(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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縮小差距：借鑒半導體成功經(jīng)驗
9 m& K0 [( M+ }2 @! w8 Q# H專題討論不僅關(guān)注挑戰(zhàn)，還提出了受半導體行業(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。
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擁抱標準化力量：就關(guān)鍵組件（如光柵耦合器、光纖連接接口和測試程序）的標準規(guī)格達成行業(yè)共識，可以徹底改變光子技術(shù)制造。標準化的測試和組裝設(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)的心理對成功實現(xiàn)標準化至關(guān)重要。建立致力于開發(fā)和推廣通用標準的行業(yè)聯(lián)盟或工作組可以培養(yǎng)合作和知識分享的文化，加速最佳實踐的采用。

投資晶圓級測試和調(diào)整：開發(fā)和部署先進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，模仿半導體行業(yè)在自動化方面的成功。
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8 d) |+ M4 G& b5 ^展望未來：2030年及以后的光子技術(shù)
8 R2 f7 u& G" f2 T% c/ W9 ~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：
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無縫互操作性 - 打破壁壘：開發(fā)光子技術(shù)組件的標準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現(xiàn)光電共封裝和其他先進封裝解決方案創(chuàng)造條件，開啟微型化和性能的新時代。

大規(guī)模生產(chǎn) - 擴展視野：克服當前的產(chǎn)量限制需要將光子技術(shù)的應(yīng)用擴展到利基市場之外。瞄準高容量消費電子市場或利用光子技術(shù)進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，吸引更多投資。

專業(yè)知識融合 - 統(tǒng)一戰(zhàn)線：促進光子技術(shù)和半導體行業(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制造解決方案的開發(fā)和部署，推動兩個行業(yè)共同前進。

) M* Y  W; M6 k專題討論小組強調(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)合采用推動半導體行業(yè)成功的標準化、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)和半導體之間的差距，為各行各業(yè)的突破性創(chuàng)新創(chuàng)造條件。

9 h1 z1 t3 `  j' d  |參考來源
[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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2 _2 i4 Y! @2 ^# u4 D; T深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導體芯片設(shè)計自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計與仿真。我們提供特色工藝的半導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，推動特色工藝半導體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

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