2021年02月22日 | AI、5G时代，格芯如何打造硅光世界的未来

当我们聊到格芯的时候，行业内的人都知道他们是在全球都名列前茅的晶圆代工厂。在产品线方面，他们不但拥有成熟的平面晶体管制造工艺，还拥有性能优越的FinFET工艺。此外，格芯这些年来还在FD-SOI和很多特色工艺方面打响了名堂。这帮助他们在AI、5G和物联网等市场开疆辟土，卡位下一轮科技革命。

但其实除了上述技术以外，格芯还在一项备受关注的新工艺上悄然拿下了不少的份额，那就是硅光制造。根据Digitimes在今年五月的报道，格芯在全球硅光子晶圆代工市场拥有了10%的份额，而这一切都源自于公司在多年前做的一个决定。

九年深耕，两大平台

在谈格芯的硅光布局之前，我们先来了解一下这个技术。

据赛迪的报告，所谓硅光，即硅基光电子，指的是在硅和硅基衬底材料上，利用硅CMOS工艺对光电子器件进行开发和集成的一种新技术。由于其既拥有微电子的工艺成熟、集成度高、价格低廉等基础，又兼具光电子的极高带宽、超快速率、抗干扰性、低功耗等优势，在微电子技术接近瓶颈的后摩尔定律时代，受到英特尔、华为、思科、诺基亚等公司热捧，而格芯就是这个市场一个重要一环，因为他们给客户提供了极具竞争力硅光产品制造方案。

格芯公司硅光产品线副总裁Anthony Yu在早前举办的一场媒体会上也向包括半导体行业观察在内的多家媒体表示，他们的硅光发展史最早可以追溯到2012年。当时，他们答应和IME合作在公司新加坡的八英寸CMOS产品线上实现180nm SiPh(SiPh即硅光Silicon Photonics的英文简称)混合解决方案的生产。

随后几年，格芯在SiPh制造方面稳步推进。尤其是在经过2015年收购IBM微电子的那单交易，更是让格芯在硅光制造方面的实力如虎添翼。

资料显示，格芯在收购IBM微电子的交易中获得了约1.6万个专利与应用，当中就包含了IBM在硅光方面的IP，以及他们在SiPh领域超过十年的研发经验，这为他们后续发展硅光打下了基础。

历经多年的积累后，格芯也也终于先后推出了90WG第一代硅光平台和基于45RFSOI的下一代硅光制造平台。为数据中心、5G、通信、高性能计算、TOF传感器和激光雷达等多个领域提供支持。Anthony Yu告诉记者：“从目前的发展，公司的工艺在数据中心、5G、通信这三个领域的应用，无论是IP和封装技术都比较成熟。但在其他应用领域，所有的技术都还需要继续推进。” 

其中，90WG平台是公司利用90nm RFSOI工艺构建的工艺平台。

他们指出，这个平台能够支持每波长100Gb/s的速度，因此可以支持高达800Gbps的客户端数据速率。具体而言，则拥有以下几点优势：

1.单芯片集成射频、数字、硅光子和光纤耦合；2.光电PDK，目前可在支持1310nm波长的光电元件的共同设计；3.在晶圆制造到封装集成方面进行了大量的投入，当中还包括了晶圆表征，可以根据实时测量结果对SiPh制造过程进行微调；4.快速的原型设计；

Anthony Yu在今年五月也表示：“在菲什基尔的工厂，格芯已经在300mm晶圆上实现了这一工艺的量产。格芯做的大量的工作不仅定位于可信任的制造服务提供商，也设计准备了可用于商用量产的各种相关的光传输器件。”

格芯的下一代硅光平台将会基于45RFSOI工艺。

据介绍，这代工艺的一大优化在于锗模块，有助于提高性能。同时还可以帮助客户构建真正高性能的光检测器。实现一流的光电性能。格芯副总裁 Anthony Yu在接受采访的时候透露，公司的下一代基于45RFSOI的单片集成的硅光技术将在纽约州马耳他的8号晶圆厂生产，并计划于2021年下半年完成生产工艺认证。

在交流的过程中，Anthony Yu多次强调了格芯的硅光平台的“单片集成”的优势。他指出，与其他竞争对手在制造硅光器件的时候只是把分立的光、电元件封装在一起不一样，格芯的硅光方案是直接把光电器件在一个Die上实现。“这种方案不但解决了多片封装带来的寄生电容和ESD等问题，还具有封装尺寸更小、成本和可靠性更好等多方面的优势。”Anthony Yu表示。

“除了能提供硅晶圆外，我们还能提供硅光集成、封装和测试等服务，我们的目标是成为一个方案供应商，而不仅仅是一个硅晶圆提供商”，Anthony Yu告诉记者。

与客户的携手并进

格芯之所以会在硅光这个领域做投入，并且业务在过去四年发展迅速，这与该行业拥有巨大的发展前景有很重要的关系。

知名分析机构Yole的数据表示，2019年，全球硅光子市场为4.8亿美元，其中，数据中心光模块占主导地位。但他们预估到2025年，整个市场规模预计将达到39亿美元，其中的数据中心光模块将占据90％以上的市场。

Yole在报告中还表达了对以数字芯片封装光学输入输出的共封装光学的看好。而这正是格芯与其合作伙伴所努力的方向。如Ayar Labs与格芯正在合力研发的，可进行批量制造的单芯片解决方案，就是其中的一个代表。

作为全世界首家利用硅光技术实现芯片间信号光互联的公司，Ayar Labs希望用光学I/O“芯片”和多端口、多波长激光器取代铜电缆，以使衡量数据传输的密度、带宽、延迟和能源效率等方面获得数量级的改善。Terabit PHY就是他们的首款产品。而格芯的45nm RF SOI就是推手。

按照Ayar Labs 的首席执行官 Mark Wade的说法，RF SOI CMOS是一项赋能技术，因为有了它，我们得以在同一个平面层中构建晶体管和光学器件。此外，SOI工艺也帮助实现了超快晶体管，速度超过了大多数先进工艺节点。

现在，Ayar Labs和格芯基于45 RFSOI，正在合作研发格芯的新一代硅光平台。Wade表示：“我们正在与格芯合作开展多项工作，希望将试产阶段的基于45nm RF SOI上的工作成果结合格芯通过收购IBM研发部获得的一些技术和工艺，从而打造高度可靠、可生产的工艺以在新一代平台中构建我们的解决方案。”

此外，格芯还和MACOM等公司进行合作，将硅光技术应用到更多的领域中去。在这个技术变革的关键点，让我们一起期待更美好的硅光世界的到来。