近年来，随着全球流量快速增长，互联网、人工智能和云计算应用场景不断增多，作为未来高速通信趋势之一的光子芯片也迎来了黄金发展期。与其“前辈”电路一样，光路也在小型化、降功耗和低成本的呼声要求中逐步走向集成化，集成光芯片（PIC）应运而生，成为现代通信产业中不可忽视的重要一环。为进一步明晰集成技术的困境与未来，维科网与北京邮电大学电子工程学院张晓光教授展开了一场面对面交谈，探讨了光子芯片的前世今生。

谈话开始，张晓光教授就开门见山道，“芯片集成技术目前已经非常成熟，被广泛应用于各种电子设备中，手机、电脑、智能家居设备等都采用了芯片集成技术。不过，中国的芯片集成技术仍然存在着短板，集成光芯片就是其中的难题之一。”

集成光芯片是由一个包含两个或更多光子元件的微芯片形成的功能电路，因此也称为光子芯片。光子芯片具有高速并行、低功耗的优势，其计算速度及传输速率是电子芯片的一千倍，而功耗仅为电子芯片的九万分之一，其对结构的要求也较低，一般是百纳米级，因此降低了对先进工艺的依赖，被认为是最适合解决算力发展瓶颈的底层技术。

从工作原理上看，光子芯片是利用光子来传输、感知、处理和传送信息。利用波导来控制和引导光，通过全内反射，光子芯片可与用于传输电信号的导线相媲美。激光源提供驱动元件所需的光，类似于电路中的开关。通过波导连接，多个元件可以被集成并制作在一个单一的基板上，从而创造出坚固和小型化的解决方案。光子电路中的元件可以是无源和有源的，无源元件包括开关和复用器，有源元件包括检测器和激光器。

相较于电子芯片，光子芯片的集成困难主要体现在其离散性。从生产制造上看，光子集成芯片制造并不是一件容易的事情。光子器件具有三维结构，比二维结构的半导体集成要复杂得多。要想将激光器、检测器、调制器和其他器件都集成到芯片中，就需要在在磷化铟等不同材料多个薄膜介质层上重复地沉积和蚀刻，这对于设备及工艺的要求十分严苛。

“不过，我对于国内克服这些难题还是充满信心。”张晓光教授表示，“行业内目前已有硅基集成趋势，因为这种系统集成已经比较成熟了，国内对硅光芯片的研究也已与世界基本同步。但是如何用硅作为光元器件的基片并实现技术量产，还有很多的困难在里边，现在我们实验过程中表现较好的一些器件仍然需要依赖进口。”

在张晓光教授看来，国际上的芯片行业已经发展了好几十年了。欧美日等国光芯片行业起步较早、技术领先。美国很早就建立了“国家光子集成制造创新研究所”，打造光子集成器件研发制备平台；欧盟实施“地平线2020”计划，集中部署光电子集成研究项目；日本实施“先端研究开发计划”，部署光电子融合系统技术开发项目。海外光芯片公司拥有先发优势，通过积累核心技术及生产工艺，逐步实现产业闭环，建立起较高的行业壁垒。

而国内的光芯片生产商普遍具有除晶圆外延环节之外的后端加工能力，光芯片核心的外延技术并不成熟，高端的外延片需向国际外延厂进行采购，限制了高端光芯片的发展。以激光器芯片为例，我国能够规模量产10G及以下中低速率激光器芯片，但25G激光器芯片仅少部分厂商实现批量发货，25G以上速率激光器芯片大部分厂商仍在研发或小规模试产阶段。

在先前国内技术起步较晚之时，国内的芯片集成研究更多的是站在国外现成研究成果的高度上去发展创新，随着国际形式的变化，国内高科技行业在技术领域收到的限制也越来越多，也使得更多人意识到技术上自力更生的重要性。我国早在2016年就启动了“大规模光子集成芯片”这一中科院战略性先导科技专项，推动着国内自主创新的蓬勃发展。

“但国内要真正实现产业突破的重中之重还是在于体系建设”张晓光教授在谈话的最后强调，“从实际的生产上来看，实现自力更生的最为重要的一步便是建立整体的工业系统，特别是形成一套完整的工艺流程，如果在原理都能打通的情况下，因为不成熟的工艺无法保证产品良率的话，自主创新依旧只能是纸上谈兵。”