硅光子是一種令人振奮的技術(shù)，它融合了光學(xué)、CMOS技術(shù)以及先進(jìn)的封裝技術(shù)。這種組合得力于半導(dǎo)體晶圓制造的可擴(kuò)展性，因而能夠降低成本。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，在2020年以前，硅光子芯片將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越銅布線的能力，而其解決方案可望部署于高速的訊號(hào)傳輸系統(tǒng)中。在2025年及其后，這項(xiàng)技術(shù)將更廣泛地用于處理互連多核心與處理器芯片等應(yīng)用中。以芯片級(jí)而言，這一市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在2025年時(shí)達(dá)到15億美元。

　　目前，硅光子技術(shù)在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的應(yīng)用率先取得了成功。早在2009年，英特爾就將硅光子技術(shù)用在了光傳輸上，致力于多核處理器技術(shù)的快速發(fā)展，提升計(jì)算機(jī)的運(yùn)算性能。這種技術(shù)是指在倍增區(qū)施加電場(chǎng)，通過吸收層一個(gè)光子激發(fā)一個(gè)電子來到倍增區(qū)，在經(jīng)過系統(tǒng)列電離化后產(chǎn)生10倍~100倍的電子，以放大信號(hào)。雪崩探測(cè)器這個(gè)特別的結(jié)構(gòu)可以讓它在光信號(hào)接受這一過程，要么縮短傳輸距離N倍，要么節(jié)能N倍。對(duì)于未來的處理器來說，硅光電系列在傳輸?shù)男畔⒘坎蛔兊那闆r下可以節(jié)能數(shù)十倍或是上百倍，如果在同樣的功耗下則可以增加數(shù)十倍或上百倍的傳輸距離。通過提高光調(diào)制器的編碼速度以及增加每塊芯片上激發(fā)起的數(shù)量，來讓數(shù)據(jù)的傳輸速度達(dá)到1Tbps，以便應(yīng)對(duì)未來的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，這會(huì)給數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算中心的架構(gòu)帶來全新的改變。

　　除了數(shù)據(jù)中心，硅光子技術(shù)還可以應(yīng)用于其它令人關(guān)注的應(yīng)用，包括高性能計(jì)算、電信、傳感器、生命科學(xué)以及量子運(yùn)算等高階應(yīng)用。

　　硅光子技術(shù)應(yīng)用范圍

　　高性能計(jì)算

　　高性能計(jì)算通常指的是把計(jì)算能力集合起來，提供比一般臺(tái)式計(jì)算機(jī)或工作站更高的計(jì)算性能，以解決科學(xué)、工程或商業(yè)中的大型問題。憑借微處理器性能的加速提升，以及近期涌現(xiàn)的多處理器芯片（CMP），高性能計(jì)算系統(tǒng)的性能瓶頸已經(jīng)從處理器轉(zhuǎn)為通信基礎(chǔ)設(shè)施。

　　因此，通過利用波分復(fù)用（WDM）的并行性和容量，光互連可以提供高帶寬、低延遲的解決方案，以解決未來計(jì)算系統(tǒng)帶寬可擴(kuò)展性的挑戰(zhàn)。光聯(lián)接存儲(chǔ)系統(tǒng)可以通過高帶寬容量、能效比特率透明性以及飛行時(shí)間延時(shí)實(shí)現(xiàn)持續(xù)的性能擴(kuò)展。

　　硅光子技術(shù)是超級(jí)計(jì)算市場(chǎng)的重要研究方向

　　電信

　　電信領(lǐng)域也是硅光子技術(shù)的一個(gè)可能應(yīng)用，相比現(xiàn)有的光通信技術(shù)，硅光子組件在低成本、高集成度、更豐富的功能嵌入、更高的互聯(lián)密度、更低的功耗以及更高的可靠性方面，能夠滿足當(dāng)前數(shù)據(jù)中心提出的新要求。越來越多的廠商開始爭(zhēng)相進(jìn)入硅光子產(chǎn)業(yè)。目前大多為100G數(shù)據(jù)傳輸速率產(chǎn)品，很快400G產(chǎn)品也將陸續(xù)登場(chǎng)。除了領(lǐng)導(dǎo)廠商Luxtera，Acacia公司的單芯片硅光子100G相干收發(fā)器獲得了市場(chǎng)應(yīng)用，為硅光子技術(shù)在電信領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了道路。

　　在流量高速增長(zhǎng)、5G密集組網(wǎng)以及數(shù)據(jù)中心建設(shè)等新需求的推動(dòng)下，光模塊的需求量與日俱增，市場(chǎng)規(guī)模不斷增大，作為高集成度技術(shù)方案，硅光子技術(shù)在光通信市場(chǎng)會(huì)逐步贏得青睞。在去年8月份，由國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心、光迅科技公司等單位聯(lián)合研制的“100G硅光收發(fā)芯片”正式投產(chǎn)使用，在一個(gè)不到30平方毫米的硅芯片上，集成了包括光發(fā)送、調(diào)制、接收等近60個(gè)有源和無源光元件，是目前世界上集成度最高的商用硅光子集成芯片之一。超小型、高性能、低成本、通用化等優(yōu)點(diǎn)，使其可廣泛應(yīng)用于傳輸網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心光傳輸設(shè)備。

　　生物化學(xué)和氣體傳感器

　　硅光子技術(shù)對(duì)于生物醫(yī)療和傳感器的傳感應(yīng)用，也是值得關(guān)注的平臺(tái)。未來的自動(dòng)駕駛汽車為了高速響應(yīng)性能，需要極低延時(shí)的高等級(jí)安防系統(tǒng)。LiDAR（激光雷達(dá)）也是硅光子技術(shù)極具吸引力的應(yīng)用，IMEC（歐洲微電子研究中心）已經(jīng)啟動(dòng)了多項(xiàng)研發(fā)計(jì)劃，正在開發(fā)必要的相關(guān)技術(shù)。對(duì)于航空航天應(yīng)用，尺寸和重量對(duì)于降低功耗都是非常關(guān)鍵的參數(shù)，因此硅光子技術(shù)也有用武之地。

　　隨著具發(fā)展前景的大量新興可攜式應(yīng)用崛起，業(yè)界對(duì)于氣體偵測(cè)的興趣日益重要。將生物化學(xué)或氣體傳感器整合于智能型手機(jī)或可穿式裝置中，正成為許多公司發(fā)展藍(lán)圖的一部份，但這一類裝置的尺寸、成本與靈敏度目前仍然存在問題。為了讓光學(xué)式氣體傳感器更進(jìn)一步微縮，有些公司已經(jīng)開始思考采用硅光子技術(shù)作為其裝置的整合平臺(tái)。

　　量子運(yùn)算

　　光量子計(jì)算機(jī)使用光子來編碼量子比特，通過對(duì)光子的量子操控及測(cè)量來實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，有望解決密碼破譯、分子模擬、大數(shù)據(jù)處理等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以解決或解決不好的計(jì)算任務(wù)。去年8月份，中國(guó)的軍事科學(xué)院國(guó)防科技創(chuàng)新研究院、國(guó)防科技大學(xué)、中山大學(xué)和北京大學(xué)，以及英國(guó)的布里斯托爾大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科研人員合作，利用硅基光波導(dǎo)芯片集成技術(shù)，設(shè)計(jì)并開發(fā)出面向通用量子計(jì)算的核心光量子芯片。使用這一芯片制造的光量子計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量子檢索、分子模擬和組合優(yōu)化問題等應(yīng)用。這是推動(dòng)光量子計(jì)算機(jī)大規(guī)模實(shí)用化的重要一步。