硅光子技术ABC：三大硅光子领军人物谈硅光子

6/14/2016, Gazettabyte最近连续发表三篇采访，专访全球硅光子领域的三大领军人物，

Andrew Rickman：前Bookham 创办人，Kotura董事，现任硅光子初创公司Rockley光子的CEO

Mario Paniccia：Intel硅光项目2002年-2008年期间负责人，现任咨询顾问 

Graham Reed：前英国Surrey大学教授，Andrew Rickman的博士导师，现任英国南安普顿大学光电研究中心教授 

三大硅光子领军人物从他们各自的角度谈硅光子的发展，硅光子的未来。本文简要把他们的观点整理如下：

硅光子技术是一项颠覆性的技术吗？
Rickman认为硅光子技术是一项根本性改变的技术，而不是普通的线性改善。问题在于硅光子技术用在哪里？现在的问题如何去解决？
Reed认为硅光子当然是颠覆性的（disruptive）技术。所谓颠覆，就是在一个领域用得好的技术能够跨界到其他领域。硅光子本来用在短距离通信，但是现在随着硅光调制技术的不断提高，已经开始能用在长途传输领域。这就是一种颠覆。硅光子的优势在于支持低成本制造，与其他电子器件生产兼容。

为什么摩尔定律到头了？
Rickman指出每两年晶体管密度翻倍的摩尔定律实际上已经到头。现在虽然密度还在提高，但是功耗已经不能同步降低。I/O能力也不能跟着翻倍。

硅光子的发源
Riciman是在读书时研究光纤陀螺仪的时候想到铌酸锂的波导为什么不能用硅波导取代。在1980年代，那还是一个疯狂的想法。在Reed教授指导下，他开始从事这方面的研究。最初的产品每厘米波导损耗要20-30dB，但是很快他们就做出了低损耗的硅波导。Surrey大学的工作，尤其是该校的Richard Soref的工作，被认为是硅光子的发起。Richard Soref也被认为是硅光子之父。
Rickman指出硅光子的难点在于光波波长比电子波长长，光波对波导粗糙度更敏感，用普通CMOS工艺做出的器件会有很严重的问题。用CMOS做硅光子器件的难度比制作普通电子器件至少高一个数量级。
Intel的硅光技术发源于使用激光电压探测法检测微处理器。Paniccia当时提出一个问题，如果能用光来读取晶体管交换，那么能用光实现硅器件的通信吗？从2000年开始，Intel开始和Graham Reed教授的团队合作开发硅光子技术。他们的第一个产品是1Ghz的硅光调制器。

硅光子产业已经过了转折点
Reed和Paniccia都引用美国政府AIM的例子说明硅光产业的发展已经过了转折点。看看大公司的投资，看看AIM那6.1亿美元的投资。现在市场上虽然硅光子的商用产品还不多，但是很可能厂商只是在等待别人先发布或是在评估不同的技术。现在只是爆发前的静默期。
Paniccia认为100Gbps市场是硅光子技术的关键市场。硅光子产品将从次进入商业规模应用。他指出STM已经建立了一条12英寸的硅光产线。已经有多家公司在销售商用的硅光产品。现在很多公司不仅在开发单独的硅光子器件，更多是在开发整个的系统。

如何发展硅光子
Rickman认为用硅光子做光模块，或者仅仅是作为半导体技术的叠加去延长摩尔定律的寿命，都不能发挥硅光子技术的潜能。他们Rockley的做法是从系统的角度去考虑，控制好硅光子应用的环境。他们的团队包括了计算机科学家，CMOS工程师还有硅光的设计者一起。

硅光子领域的进展
Rockley公司已经发展了基于硅光的交换芯片，控制ASIC以及相关的协议，WDM复用器
Reed教授的团队已经开发出基于硅光子的谐振器，基于MMI的4-8通道的复用器等产品。他们也在开发一些利用新调制技术的复杂系统。

硅光子目前的技术挑战
Reed认为与光纤的耦合还有晶圆级的检测是两大技术挑战。如何将10微米纤芯的光纤与只有0.35到0.5微米尺寸的波导对准，现在的通用做法是使用模式转换器或者光栅耦合器。对于晶圆耦合，现在通常只能做到整个晶圆的检测，无法判断单个器件的好坏。他的团队为此发展了一种可擦写的光栅放在器件的两侧用于检测，最后出厂前再用激光器擦除。
Reed教授表示他从Surrey来到南安普顿的理由就是看中这里的硅光产线。这条产线可能是欧洲最先进的。以前去外面流片一次，最长也许需要几年才能有结果。

硅光子的电信以外的前景
Paniccia指出未来的汽车工业也可能是硅光的重要市场。以LIDAR技术所需要的大量光源和光探测器来说，硅光提供了一个低成本低功耗的解决方案。
Reed教授的团队正在研究将硅光子用于中远红外领域。如果能用硅光子实现芯片级生物检测，那这将是一个可靠的低成本的解决方案。将硅光子用于中远红外波长，对于硅光子本身制造可能更加简单但是光源和探测器的问题更难解决。

文章链接
http://www.gazettabyte.com/home/2016/5/6/tackling-system-design-on-a-data-centre-scale.html
http://www.gazettabyte.com/home/2016/5/23/mario-paniccia-we-are-just-at-the-beginning.html
http://www.gazettabyte.com/home/2016/5/28/professor-graham-reed-the-calm-before-the-storm.html