硅光量子处理芯片可以代替集成电路芯片处理芯片吗？

用光量子取代传统集成电路芯片中的电子器件，是一个很可能导致“技术创新”的位置。而中国在硅光量子技术研发上的大规模人才和资产投入，却推动了发展趋势不晚于英国十年。“技术创新”可能的方向之一是用光量子代替传统集成电路芯片中的电子器件来传输数据信号和进行计算。

用光量子取代传统集成电路芯片中的电子器件，是一个很可能导致“技术创新”的位置。中国比英国晚发展了十年。但实际上，技术差异并没有十年那么长。中科院上海微系统与信息技术研究室研究员甘福安对DeepTech表示，“中国比英国更敢于投入资金，人员、加工技术和资产新项目的积累已经做了很长时间。英国走得比英国早，但大家走得比英国快”。

甘福安从事硅光量子科学研究近20年。回国前获得著名硅光量子科学研究重镇麻省理工学院 博士生。今年在麻省理工学院与上海交通大学学生分享学术研究生涯时，他表明当时枯燥晦涩的基础知识，尤其是磁场的各种方程，成为后来半导体材料科学研究的神器。在麻省理工学院攻读博士期间，他学到了最多的“创造、激情和自信”。之后经常回国，其中一个受到科教兴国发展战略的影响。

现在他有了另一个真实身份——赛勒高科技的创始人。赛勒高科技成立于2018年3月，是一家ADM202JRN硅光学芯片设计解决方案和商品解决方案的服务提供商。目前也在积极推进如何清除硅光量子化生产道路上的障碍。在硅光量子行业，一般通过以下指标值来考虑商品是否优质:一是速度要足够高，至少100Gbps-ic/" title="50-100Gbps">50-100Gbps的单波速度才有使用价值；第二，损耗要足够低，一个解调器在处理芯片内部要小于四分贝；三、推送端的驱动器(如解调器)工作电压越低越好，一般设置在2-3伏，以降低功耗。与思科交换机、谷歌、Facebook等竞争对手相比，赛勒高科技产品同样可以实现100Gbps以上的多通道速度，还可以保证损耗相对较低，上下三分贝，而竞争对手一般只保证4-5分贝。另外，赛勒可以完成芯片集成，选择完全集成的方案，而不是硅量子和传统技术的积累。赛勒高科技的方案是制作三维层——一层硅量子，一层IC，一层灯源，以显示大硅量子的集成优势。2016-17年，赣孚烷烃精英团队制造出当时世界上硅光量子处理速度最高的组件。如今，他们已经能够完成每个安全通道与100Gbps、4个安全通道或8个安全通道的4×100或8×100集成。“赛勒的高科技产品现阶段在国内处于领先水平。”甘符烷烃表示。

目前，赛勒的产品处于快速发展趋势。就甘福安而言，这归功于他们精英团队的两大优势。首先是团队优势。赛勒年轻的精英团队使他们能够对客户满意度做出快速反应，例如处理芯片照明等行业。客户明确提出要求后，可以快速处理，可以将原来的项目做成新的文件格式，让客户接受。接下来是优秀的供应链。赛勒与铸造企业建立了密不可分的合作关系，并与客户一起开发设计和加工技术，促进了铸造企业加工技术的快速提高。这已经超出了一般集成电路设计企业的业务流程范围，但只有向铸造企业呈现许多宝贵的信息内容，后者才能在最短的时间内提高技术性，并考虑赛勒的要求。在这个实际意义上，他们已经从简单的集成电路设计转移到硅量子半导体技术的开发和设计。纵观世界上硅光量子的发展趋势，英国是硅光量子最开始流行的国家，也是现阶段发展趋势最先进的国家。早在20年前，就利用CMOS生产技术开启了对硅光量子的探索和深入分析。

现阶段，英国硅量子刚刚在Facebook、Google等企业开始量产，加工芯片发光级已经完成演示级，将很快进入量产。而在中国，硅光量子的大规模科研是在2010年左右开始的。过去以学术研究为主的科研比较普遍，导致中国在硅光量子的实际过程中不如英国。而中国在硅光量子技术研发上的大规模人才和资产投入，却推动了发展趋势不晚于英国十年。甘福安形容中国在硅量子产业的积累就像十年磨一剑。他预测，在2022年至2025年大规模生产的情况下，凭借优秀的人才、加工芯片的驱动力、加工技术、资产和销售市场，中国的硅量子技术应该有很好的机会跟上英国。根据甘父烷烃的分析，在科研上起步较晚，使得中国在硅光量子的实际过程中不如英国。而中国在硅量子技术研发上的大规模人才和资产投入，却推动了发展趋势不晚于英国十年。中国在硅量子产业的积累就像十年磨一剑。

5G、人工智能技术、互联网大数据等技术井喷发展趋势归功于半导体技术的不断迭代更新。相反，对数据存储和测量以及信息内容传输的要求越来越高，显然对处理芯片的特性提出了越来越高的要求。众所周知，传统加工芯片特性的进一步提高遇到了缺点。虽然劳伦斯·伯克利国家实验室的一个精英团队已经在2016年将晶体管技术降低到1纳米，但随着发展趋势的再次出现，企业总面积中处理芯片上的晶体管总数已经接近物理极限，处理芯片特性的改善也受到了限制。针对这种发展趋势，各个行业的生物学家和他们在产业链中的投资分析师已经发现，“当摩尔定律无效”已经成为很多人的共识。

摩尔定律是英特尔创始人之一戈登·科曼(GordonKemen)在1965年发现的一个发展趋势，即单个处理芯片上可以容纳的晶体管数量每18-24个月就会翻倍，CPU的特性也会翻倍。但是，经过几十年的发展趋势，由于单个处理芯片上晶体管数量的增加已经接近物理的极限，戈登分子发现的“规律性”可能无法持续，除非有技术创新。“技术创新”可能的方向之一是用光量子代替传统集成电路芯片中的电子器件来传输数据信号和进行计算。也就是说，“光代替电”，“光量子处理芯片”用来代替传统的集成电路芯片处理芯片。

不同于集成电路芯片处理芯片，许多微电子电子器件(晶体管、电阻、电容等。)必须放在塑料底座上才能生产集成电路芯片。硅光量子处理芯片由硅制成。利用硅强大的光路由器工作能力，根据释放的工作电压创建连续的激光驱动硅光量子组件，完成光信息含量的传输和计算。“以光代电”有三个明显的优势。中科院上海微系统与信息技术研究室研究员甘福安告诉DeepTech，“用光量子代替电子器件可以改善整体特性。第一，光的网络带宽远大于电子设备；第二，与电相比，光不易受影响；第三，光本身可以做一些计算。”这样，光量子处理芯片就有可能大大提高处理芯片的特性，使摩尔定律得以持续。

据统计，光混合技术已经应用于光缆传输。但是“在数学计算中，现阶段光不能完全代替电。”甘福安表示，“作为一种光学量子替代电子器件，大量光子带是宽敞的，不容易受到影响。”硅为什么要做光学量子组件？

“当初很多人做硅光量子是因为觉得光可能会延续摩尔定律的发展趋势。特别是如果是硅做的，可以和电的IC芯片进行芯片集成，甚至可以代替电来完成计算。”详细介绍了甘符烷烃。在硅光学量子之前，三、五族原料(如铟、砷)被广泛用作光学元件。但是三五组的原料有两个问题。第一，原料成本高，比如砷，其实是毒的主要元素；第二，生产工艺还不成熟，产能无法用基于硅集成电路芯片的完善、强大的整个产业链来概括。硅是地球上除了氧以外最大的元素，石头中最常见的元素是硅，所以原材料成本很低；另外，完美的电源电路都是硅做的，几十年来一直受摩尔定律的洗礼。基于光伏材料的集成电路芯片领域非常健全和发达。

因此，目前的CMOS加工技术(互补金属氧化物半导体、互补氢氧化物半导体材料、集成电路芯片领域常见的设计加工技术)及其所有生产工艺都可以灵活应用，不需要额外昂贵的成本，大规模生产的可行性分析相对较高。除了低成本的纯天然标准，硅光量子在应用上也有很大的优势。目前最关键的应用是5G、互联网大数据等远程数据传输。甘福安详细介绍，“大硅量子的优势是集成化。本来三五元计划只集成了多个组件，但是硅量子可以做成上万。”集成纵横比的处理芯片大大提高了数据信息和信息内容的传输速度。而且集成后可以完成复用。对于大数据中心来说，5G等长距离通信以及处理芯片内的短程传输、带宽测试和多路复用可以产生显著的优势。

在预测层面，光和电球场比起来是很短的。电学的计算要经过二极管和数据的变换，整个变换过程所造成的延迟时间甚至可以是光的十倍以上。使用光量子处理芯片进行矩阵运算，可以比电子芯片少很多个数量级。此外，硅量子在传感器和毫米波雷达层面也有着广阔的应用前景。在基本原理上，它是跟风的，但是产品化是不可能的。

从20世纪60、70年代的发展趋势到现在，硅光量子的产生在基本原理上没有受到阻碍，但在完成方面仍有很大困难。“设计方案一定要和加工工艺强耦合才能做出高质量的产品”，但是硅光量子研发大规模选择CMOS加工工艺产品已经有20年左右的时间了，时间不长，加工工艺和技术积累还有些不够成熟。甘父烷表明，只有充分了解硅光量子的技术性，把包括设计方案、加工工艺、包装、商品等在内的整个产业链联系起来，才能真正做好硅光量子。现在能搞清楚硅量子技术的精英团队少之又少。

此外，在硅光量子处理芯片中起主导作用的上层激光发生器也是一大难点。以目前的科研水平，仍然很难选择光伏材料来完成激光发生器和隔离器，也很难在工业生产网络上完成硅光量子与激光发生器和隔离器的混合。但就甘福安而言，他所属的赛勒高科技的巨大使用价值，取决于他们解决硅量子的封装难题。在光学元件中，电子光学封装的成本约为60%。这是因为，目前数字功率放大器对光的技术性应用比较广泛，必须根据观测结果的反馈对光进行调整。“相当于边看光边看，把错误转回去了。

而赛勒高科技应用的微波传感器可以完成他们的全自动照明技术，如光纤线路、激光发生器等。与传统的规划方案相比，微波传感器的光技术性可以应用于商品的大规模自动化生产，有利于硅光量子处理芯片在5G和大数据中心的应用，也有可能推动处理芯片光CPU的发展趋势。赣富烷烃认为，与来自世界各地的竞争对手相比，属于赛勒高科技更大的使用价值。