硅光子是一種令人振奮的技術(shù),，它融合了光學(xué),、CMOS技術(shù)以及先進的封裝技術(shù),。這種組合得力于半導(dǎo)體晶圓制造的可擴展性,，因而能夠降低成本,。據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)預(yù)測,，在2020年以前,，硅光子芯片將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越銅布線的能力,，而其解決方案可望部署于高速的訊號傳輸系統(tǒng)中。在2025年及其后,，這項技術(shù)將更廣泛地用于處理互連多核心與處理器芯片等應(yīng)用中,。以芯片級而言，這一市場預(yù)計將在2025年時達到15億美元,。
目前,，硅光子技術(shù)在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的應(yīng)用率先取得了成功。早在2009年,，英特爾就將硅光子技術(shù)用在了光傳輸上,，致力于多核處理器技術(shù)的快速發(fā)展，提升計算機的運算性能,。這種技術(shù)是指在倍增區(qū)施加電場,，通過吸收層一個光子激發(fā)一個電子來到倍增區(qū)，在經(jīng)過系統(tǒng)列電離化后產(chǎn)生10倍~100倍的電子,，以放大信號,。雪崩探測器這個特別的結(jié)構(gòu)可以讓它在光信號接受這一過程，要么縮短傳輸距離N倍,，要么節(jié)能N倍,。對于未來的處理器來說，硅光電系列在傳輸?shù)男畔⒘坎蛔兊那闆r下可以節(jié)能數(shù)十倍或是上百倍,，如果在同樣的功耗下則可以增加數(shù)十倍或上百倍的傳輸距離,。通過提高光調(diào)制器的編碼速度以及增加每塊芯片上激發(fā)起的數(shù)量，來讓數(shù)據(jù)的傳輸速度達到1Tbps,，以便應(yīng)對未來的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用,，這會給數(shù)據(jù)中心和云計算中心的架構(gòu)帶來全新的改變。
除了數(shù)據(jù)中心,，硅光子技術(shù)還可以應(yīng)用于其它令人關(guān)注的應(yīng)用,，包括高性能計算、電信、傳感器,、生命科學(xué)以及量子運算等高階應(yīng)用。
硅光子技術(shù)應(yīng)用范圍
高性能計算
高性能計算通常指的是把計算能力集合起來,，提供比一般臺式計算機或工作站更高的計算性能,，以解決科學(xué)、工程或商業(yè)中的大型問題,。憑借微處理器性能的加速提升,，以及近期涌現(xiàn)的多處理器芯片（CMP），高性能計算系統(tǒng)的性能瓶頸已經(jīng)從處理器轉(zhuǎn)為通信基礎(chǔ)設(shè)施,。
因此,，通過利用波分復(fù)用（WDM）的并行性和容量，光互連可以提供高帶寬,、低延遲的解決方案,，以解決未來計算系統(tǒng)帶寬可擴展性的挑戰(zhàn)。光聯(lián)接存儲系統(tǒng)可以通過高帶寬容量,、能效比特率透明性以及飛行時間延時實現(xiàn)持續(xù)的性能擴展,。
硅光子技術(shù)是超級計算市場的重要研究方向
電信
電信領(lǐng)域也是硅光子技術(shù)的一個可能應(yīng)用，相比現(xiàn)有的光通信技術(shù),，硅光子組件在低成本,、高集成度、更豐富的功能嵌入,、更高的互聯(lián)密度,、更低的功耗以及更高的可靠性方面，能夠滿足當(dāng)前數(shù)據(jù)中心提出的新要求,。越來越多的廠商開始爭相進入硅光子產(chǎn)業(yè),。目前大多為100G數(shù)據(jù)傳輸速率產(chǎn)品，很快400G產(chǎn)品也將陸續(xù)登場,。除了領(lǐng)導(dǎo)廠商Luxtera,，Acacia公司的單芯片硅光子100G相干收發(fā)器獲得了市場應(yīng)用，為硅光子技術(shù)在電信領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了道路,。
在流量高速增長,、5G密集組網(wǎng)以及數(shù)據(jù)中心建設(shè)等新需求的推動下，光模塊的需求量與日俱增,，市場規(guī)模不斷增大,，作為高集成度技術(shù)方案，硅光子技術(shù)在光通信市場會逐步贏得青睞,。在去年8月份,，由國家信息光電子創(chuàng)新中心、光迅科技公司等單位聯(lián)合研制的“100G硅光收發(fā)芯片”正式投產(chǎn)使用,，在一個不到30平方毫米的硅芯片上,，集成了包括光發(fā)送,、調(diào)制、接收等近60個有源和無源光元件,，是目前世界上集成度最高的商用硅光子集成芯片之一,。超小型、高性能,、低成本,、通用化等優(yōu)點，使其可廣泛應(yīng)用于傳輸網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心光傳輸設(shè)備,。
生物化學(xué)和氣體傳感器
硅光子技術(shù)對于生物醫(yī)療和傳感器的傳感應(yīng)用,，也是值得關(guān)注的平臺。未來的自動駕駛汽車為了高速響應(yīng)性能,，需要極低延時的高等級安防系統(tǒng),。LiDAR（激光雷達）也是硅光子技術(shù)極具吸引力的應(yīng)用，IMEC（歐洲微電子研究中心）已經(jīng)啟動了多項研發(fā)計劃,，正在開發(fā)必要的相關(guān)技術(shù),。對于航空航天應(yīng)用，尺寸和重量對于降低功耗都是非常關(guān)鍵的參數(shù),，因此硅光子技術(shù)也有用武之地,。
隨著具發(fā)展前景的大量新興可攜式應(yīng)用崛起，業(yè)界對于氣體偵測的興趣日益重要,。將生物化學(xué)或氣體傳感器整合于智能型手機或可穿式裝置中,，正成為許多公司發(fā)展藍(lán)圖的一部份，但這一類裝置的尺寸,、成本與靈敏度目前仍然存在問題,。為了讓光學(xué)式氣體傳感器更進一步微縮，有些公司已經(jīng)開始思考采用硅光子技術(shù)作為其裝置的整合平臺,。
量子運算
光量子計算機使用光子來編碼量子比特,，通過對光子的量子操控及測量來實現(xiàn)量子計算，有望解決密碼破譯,、分子模擬,、大數(shù)據(jù)處理等傳統(tǒng)計算機難以解決或解決不好的計算任務(wù)。去年8月份,，中國的軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院,、國防科技大學(xué)、中山大學(xué)和北京大學(xué),，以及英國的布里斯托爾大學(xué)等機構(gòu)的科研人員合作,，利用硅基光波導(dǎo)芯片集成技術(shù)，設(shè)計并開發(fā)出面向通用量子計算的核心光量子芯片。使用這一芯片制造的光量子計算機可實現(xiàn)小規(guī)模量子檢索,、分子模擬和組合優(yōu)化問題等應(yīng)用,。這是推動光量子計算機大規(guī)模實用化的重要一步。