光电融合芯片概念探讨
本文从集成电路定义出发,推广出集成光路的概念,并基于以上两个概念给出光电融合芯片的定义,最后探讨光与电不同的融合方式及程度。
1. 从集成电路到光电融合芯片
集成电路或芯片,在英文中被称为 Integrated Circuits。根据国务院学位委员会文件,集成电路或芯片是指通过一系列特定的加工工艺,将晶体管、二极管等有源器件和电阻器、电容器等无源元件,按照一定的电路互连,“集成”在半导体(如硅或砷化镓等化合物)晶片上,封装在一个外壳内,执行特定功能的电路或系统。从Integrated Circuits英文字面意思看,其适用范围并不限于单一的电信号,也可以包括其他类型的信号及多种类型的信号。因此Integrated Circuits更加精准的翻译应当是集成回路。把Integrated Circuits的概念推广到光域于是就有了Photonic integrated circuits 集成光路的概念。
2. 光与电不同的融合方式及程度
分离和融合两者并非完全对立,而是存在中间地带。融合和分离也可以从不同的视角来考虑。物理融合和信息融合是研究光电融合芯片的两个不同视角。物理光电融合主要涉及光与电一体化制备方面的内容,而信息光电融合主要涉及光与电一体化器件互连及系统优化方面的内容。香农信息的定义是用于消除非确定性的东西。信息光电融合是指在光参数产生、处理、存储、探测、呈现等过程中,通过光与电互相作用实现光参数非确定性消除的科学及技术的总和。任何信息系统均需要物理实体的支持,物理存在先于信息存在,芯片物理实体的制备是其实现任何信息功能的前提。芯片的制备不是随意制备,而是人类有目的地改造自然的结果。既然是用于实现人的目的,则需要做好规划和设计,也就是芯片设计。芯片设计过程就是设计人员在整个设计参数空间内通过参数的反复迭代寻求优化解,直至达到设计目标的过程。具备一定复杂度的系统设计皆需要借助计算机辅助设计软件,从而加快以上反馈迭代的设计进程。设计方法、紧凑建模与仿真工具等是信息光电融合的重要研究内容。
3. 总结
光电全集成并不是发展光电融合芯片设计的前提条件。通过封装混合集成的形式满足实用化需求,同时通过规模化生产降低成本,形成利润收入后再投入技术升级逐步迈向片内融合,才可能最终形成产业迭代。电子系统经历了从分立到集成的漫长演进过程,光电系统也将类似地经历从分离到融合的一个长期演化过程。扫清相关概念有助于我们更好借鉴集成电路的技术和组织经验,从而加快光电融合芯片的演化进程。
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