问题：算力与精密装备性能不断提升，互连与稳定性成为新挑战。 随着计算集群规模扩大，芯片、板卡及机柜间的数据传输能耗和时延问题日益突出；同时，原子钟、原子传感器等精密仪器对激光线宽、相干时间和长期稳定性的要求更加严格。传统电子互连带宽和功耗上已接近极限，光互连被视为重要解决方案。然而，光子器件要融入大规模硅基制造体系，仍面临材料与工艺兼容性不足、损耗偏高等问题：光纤依赖的低损耗玻璃材料难以直接通过现有半导体工艺在晶圆上加工，导致芯片内部的光传输质量难以达到光纤级别。 原因：关键在于“能否在晶圆上实现低损耗、可量产”。 目前主流的硅基光子技术多采用氮化硅等材料，其优势是工艺成熟、易于集成，但在短波段（如可见光）下，波导表面和边壁的微小粗糙会加剧散射损耗，限制性能提升。更关键的是，材料熔点与后处理窗口决定了能否通过热处理消除制造缺陷。氮化硅熔点较高，难以通过热回流实现表面自平整，主要依赖机械或工艺补偿，导致良率和极限损耗面临双重制约。因此，尽管光子芯片已在通信等领域应用，但在更高相干性、更低噪声和更长片上传输等需求面前，仍存在明显短板。 影响：工艺突破不仅提升性能，还将改变产业模式。 研究团队将锗硅酸盐玻璃引入8英寸和12英寸硅晶圆制造，并通过光刻工艺形成纳米级波导结构，实现了材料体系与硅基制造的深度融合。实验表明，新平台在可见光波段的传输损耗显著低于传统氮化硅方案。其核心工艺之一是热回流处理：利用锗硅酸盐玻璃较低的熔融温度，使波导表面在热处理中发生可控流动与重整，提高平整度，减少短波段对粗糙度敏感的散射损耗。 从应用角度看，低损耗带来的优势将主要体现在三上： 1. 数据中心与高性能计算互连：随着集群规模扩大，光互连被视为降低功耗的关键。若芯片内外的光传输损耗深入降低，光互连的覆盖范围和部署方式将更灵活，推动从板级到机柜级甚至更大范围的架构升级。 2. 光子量子计算与量子通信：片上光传输损耗直接影响量子态的保真度和纠错资源消耗，低损耗平台有助于提升系统可扩展性，为大规模光子线路提供基础。 3. 精密测量与时间频率领域：更长相干时间和更低噪声的片上光学器件，将为光钟、原子传感和光学频率梳等系统提供更稳定的核心组件，服务于卫星导航、深空探测及基础物理实验。 对策：从实验室突破到工程落地，需跨环节协作。 业内人士指出，材料平台的突破只是产业化的第一步。要形成可复制的工程能力，还需解决以下问题： - 异质集成与电光协同：优化光子器件与电子芯片的接口、驱动、热管理和版图设计； - 封装与测试降本：光子器件对耦合精度要求高，需降低封装成本以支持规模部署； - 温度与环境稳定性：玻璃与多材料堆叠结构需解决热漂移、应力和可靠性问题，建立长期数据和标准化流程。 此外，设计工具链、工艺设计包（PDK）和代工生态的发展，将决定该技术能否从实验室走向量产。 前景：低损耗平台或推动光子芯片进入“可持续迭代阶段”。 研究团队认为，通过优化玻璃成分和改进三维集成技术，损耗有望进一步降低，集成密度也有提升空间。若材料、工艺、封装和系统架构协同发展，光子芯片可能从专用器件逐步演变为通用片上光学平台，在算力基础设施、量子信息和高端测量装备等领域扩大应用。业内普遍认为，未来光子技术的竞争将更多聚焦于制造能力和系统工程能力，而非单一器件参数。
硅基光子芯片技术的突破标志着信息处理技术进入新阶段。在全球算力需求持续增长的背景下，该技术不仅为突破电子芯片性能瓶颈提供了新路径，还将推动数据中心、量子科技等战略产业的升级。随着技术优化，光子芯片有望成为继集成电路之后，又一项改变全球科技产业格局的基础性技术。