淺談格芯在硅光領(lǐng)域的發(fā)展成果

當(dāng)我們聊到格芯的時候，行業(yè)內(nèi)的人都知道他們是在全球都名列前茅的晶圓代工廠。在產(chǎn)品線方面，他們不但擁有成熟的平面晶體管制造工藝，還擁有性能優(yōu)越的FinFET工藝。此外，格芯這些年來還在FD-SOI和很多特色工藝方面打響了名堂。這幫助他們在AI、5G和物聯(lián)網(wǎng)等市場開疆辟土，卡位下一輪科技革命。

但其實(shí)除了上述技術(shù)以外，格芯還在一項(xiàng)備受關(guān)注的新工藝上悄然拿下了不少的份額，那就是硅光制造。根據(jù)Digitimes在今年五月的報道，格芯在全球硅光子晶圓代工市場擁有了10%的份額，而這一切都源自于公司在多年前做的一個決定。

九年深耕，兩大平臺

在談格芯的硅光布局之前，我們先來了解一下這個技術(shù)。

據(jù)賽迪的報告，所謂硅光，即硅基光電子，指的是在硅和硅基襯底材料上，利用硅CMOS工藝對光電子器件進(jìn)行開發(fā)和集成的一種新技術(shù)。由于其既擁有微電子的工藝成熟、集成度高、價格低廉等基礎(chǔ)，又兼具光電子的極高帶寬、超快速率、抗干擾性、低功耗等優(yōu)勢，在微電子技術(shù)接近瓶頸的后摩爾定律時代，受到英特爾、華為、思科、諾基亞等公司熱捧，而格芯就是這個市場一個重要一環(huán)，因?yàn)樗麄兘o客戶提供了極具競爭力硅光產(chǎn)品制造方案。

格芯公司硅光產(chǎn)品線副總裁Anthony Yu在早前舉辦的一場媒體會上也向包括半導(dǎo)體行業(yè)觀察在內(nèi)的多家媒體表示，他們的硅光發(fā)展史最早可以追溯到2012年。當(dāng)時，他們答應(yīng)和IME合作在公司新加坡的八英寸CMOS產(chǎn)品線上實(shí)現(xiàn)180nm SiPh（SiPh即硅光Silicon Photonics的英文簡稱）混合解決方案的生產(chǎn)。

隨后幾年，格芯在SiPh制造方面穩(wěn)步推進(jìn)。尤其是在經(jīng)過2015年收購IBM微電子的那單交易，更是讓格芯在硅光制造方面的實(shí)力如虎添翼。

資料顯示，格芯在收購IBM微電子的交易中獲得了約1.6萬個專利與應(yīng)用，當(dāng)中就包含了IBM在硅光方面的IP，以及他們在SiPh領(lǐng)域超過十年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，這為他們后續(xù)發(fā)展硅光打下了基礎(chǔ)。

歷經(jīng)多年的積累后，格芯也也終于先后推出了90WG第一代硅光平臺和基于45RFSOI的下一代硅光制造平臺。為數(shù)據(jù)中心、5G、通信、高性能計(jì)算、TOF傳感器和激光雷達(dá)等多個領(lǐng)域提供支持。Anthony Yu告訴記者：“從目前的發(fā)展，公司的工藝在數(shù)據(jù)中心、5G、通信這三個領(lǐng)域的應(yīng)用，無論是IP和封裝技術(shù)都比較成熟。但在其他應(yīng)用領(lǐng)域，所有的技術(shù)都還需要繼續(xù)推進(jìn)。”

其中，90WG平臺是公司利用90nm RFSOI工藝構(gòu)建的工藝平臺。

他們指出，這個平臺能夠支持每波長100Gb/s的速度，因此可以支持高達(dá)800Gbps的客戶端數(shù)據(jù)速率。 具體而言，則擁有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

1.單芯片集成射頻、數(shù)字、硅光子和光纖耦合；2.光電PDK，目前可在支持1310nm波長的光電元件的共同設(shè)計(jì)；3.在晶圓制造到封裝集成方面進(jìn)行了大量的投入，當(dāng)中還包括了晶圓表征，可以根據(jù)實(shí)時測量結(jié)果對SiPh制造過程進(jìn)行微調(diào)；4.快速的原型設(shè)計(jì)；

Anthony Yu在今年五月也表示：“在菲什基爾的工廠，格芯已經(jīng)在300mm晶圓上實(shí)現(xiàn)了這一工藝的量產(chǎn)。格芯做的大量的工作不僅定位于可信任的制造服務(wù)提供商，也設(shè)計(jì)準(zhǔn)備了可用于商用量產(chǎn)的各種相關(guān)的光傳輸器件?！?/p>

格芯的下一代硅光平臺將會基于45RFSOI工藝。

據(jù)介紹，這代工藝的一大優(yōu)化在于鍺模塊，有助于提高性能。同時還可以幫助客戶構(gòu)建真正高性能的光檢測器。實(shí)現(xiàn)一流的光電性能。格芯副總裁 Anthony Yu在接受采訪的時候透露，公司的下一代基于45RFSOI的單片集成的硅光技術(shù)將在紐約州馬耳他的8號晶圓廠生產(chǎn)，并計(jì)劃于2021年下半年完成生產(chǎn)工藝認(rèn)證。

在交流的過程中，Anthony Yu多次強(qiáng)調(diào)了格芯的硅光平臺的“單片集成”的優(yōu)勢。他指出，與其他競爭對手在制造硅光器件的時候只是把分立的光、電元件封裝在一起不一樣，格芯的硅光方案是直接把光電器件在一個Die上實(shí)現(xiàn)。“這種方案不但解決了多片封裝帶來的寄生電容和ESD等問題，還具有封裝尺寸更小、成本和可靠性更好等多方面的優(yōu)勢?！盇nthony Yu表示。

“除了能提供硅晶圓外，我們還能提供硅光集成、封裝和測試等服務(wù)，我們的目標(biāo)是成為一個方案供應(yīng)商，而不僅僅是一個硅晶圓提供商”，Anthony Yu告訴記者。

與客戶的攜手并進(jìn)

格芯之所以會在硅光這個領(lǐng)域做投入，并且業(yè)務(wù)在過去四年發(fā)展迅速，這與該行業(yè)擁有巨大的發(fā)展前景有很重要的關(guān)系。

知名分析機(jī)構(gòu)Yole的數(shù)據(jù)表示，2019年，全球硅光子市場為4.8億美元，其中，數(shù)據(jù)中心光模塊占主導(dǎo)地位。但他們預(yù)估到2025年，整個市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到39億美元，其中的數(shù)據(jù)中心光模塊將占據(jù)90％以上的市場。

Yole在報告中還表達(dá)了對以數(shù)字芯片封裝光學(xué)輸入輸出的共封裝光學(xué)的看好。而這正是格芯與其合作伙伴所努力的方向。如Ayar Labs與格芯正在合力研發(fā)的，可進(jìn)行批量制造的單芯片解決方案，就是其中的一個代表。

作為全世界首家利用硅光技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片間信號光互聯(lián)的公司，Ayar Labs希望用光學(xué)I/O“芯片”和多端口、多波長激光器取代銅電纜，以使衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿芏取?、延遲和能源效率等方面獲得數(shù)量級的改善。Terabit PHY就是他們的首款產(chǎn)品。而格芯的45nm RF SOI就是推手。

按照Ayar Labs 的首席執(zhí)行官 Mark Wade的說法，RF SOI CMOS是一項(xiàng)賦能技術(shù)，因?yàn)橛辛怂覀兊靡栽谕粋€平面層中構(gòu)建晶體管和光學(xué)器件。此外，SOI工藝也幫助實(shí)現(xiàn)了超快晶體管，速度超過了大多數(shù)先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)。

現(xiàn)在，Ayar Labs和格芯基于45 RFSOI，正在合作研發(fā)格芯的新一代硅光平臺。Wade表示：“我們正在與格芯合作開展多項(xiàng)工作，希望將試產(chǎn)階段的基于45nm RF SOI上的工作成果結(jié)合格芯通過收購IBM研發(fā)部獲得的一些技術(shù)和工藝，從而打造高度可靠、可生產(chǎn)的工藝以在新一代平臺中構(gòu)建我們的解決方案。”

此外，格芯還和MACOM等公司進(jìn)行合作，將硅光技術(shù)應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中去。在這個技術(shù)變革的關(guān)鍵點(diǎn)，讓我們一起期待更美好的硅光世界的到來。
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