硅芯片群集了调制器、波导管和光电探测器等光学元件
如果你想让计算机运行速度更快，你需要的是一个更快的信息载体。这就是硅光子学的思想：用光子而不是之前行动迟缓的电子快速地把数据写到硅芯片上。
用于通信的光纤电缆中已经使用光子来传输数据。但是在计算机中运用光子技术则意味着在相同的硅晶片刻蚀出晶体管和激光器，这需要一个先进的晶圆代工制造业。只有大公司和少数财力雄厚的研究机构才拥有这些设备，因而一些研究人员担心由于缺乏研究渠道会减慢光子学前进的步伐。
一项名为“芯片光电系统集成(OpSIS)”的项目有望提供解决之道。该项目以西雅图的华盛顿大学和纽瓦克市的特拉华大学为基地，为硅光子学研究者提供设计支持，组织共享的生产运行流水线，以及安排低成本使用先进的代工厂的渠道，以便学者和初创公司能够生产原型设备。美国空军是这个项目最大的赞助方，更多的支持来自于总部位于加利福尼亚州圣克拉拉市的英特尔公司以及位于俄勒冈州威尔逊维尔的设计自动化公司――名导国际。
芯片光电系统集成项目将于最近在新加坡的微电子研究院的代工厂生产它的首批硅光子原型芯片。这些芯片的客户是从事高速通信电路、便携医疗诊断设备和光子学基础研究的25个团队。
对于需要10平方毫米到40平方毫米的任意一块晶片区域的项目，用户将为每平方毫米晶片支付1 500美元。单独定制芯片的研究人员则需为整个流水生产支付比这高很多倍的费用给代工厂。OpSIS通过将不同的需求归入同一个生产流水线来分摊费用，从而提供了更低的价格。
迈克尔·霍赫伯格（Michael Hochberg）――特拉华大学的光子学研究者、OpSIS的创始人和领导者之一，深知把硅光子技术从大学实验室转化成产品花销巨大。2001年，他在加利福尼亚州的卡尔斯巴德创立了Luxtera公司，这是首个提供芯片的光电集成技术的公司，现在此项技术已被商业应用于数据中心和超级计算机。Luxtera公司花费了一亿多美元研制和生产首个龙头产品，并于2010年发布。“我想使人们以较低花费也能做到以前Luxtera花费巨资才做到的事。”霍赫伯格说。不久，OpSIS也将拥有由Luxtera公司和英国航空公司合资的代工厂，总部设在伦敦。
制造共享助益研究与创业
硅芯片的发展史表明芯片光电系统集成将产生巨大的影响，它的生产共享模式是建立在南加州大学的金属氧化物半导体建置服务(MOSIS)基础上的，这项服务自从1981年开始在玛丽安德尔湾运营以来，已促成了半导体工业的迅猛发展。包括帕萨迪纳市的加州理工学院的卡福·米德（Carver Mead）在内的一批电子学先驱们，推动了学者和小型公司获取生产设备来建造他们所需的用于测试想法和训练学生的集成电路。在那时，学者仅限于在实验室制作简单的装置，做一些理论研究，或者像米德那样，让英特尔的朋友偷偷把学生的设计投入生产线。“要制造出真东西，你就必须获取工厂的生产渠道。”米德说道。
英特尔公司光子技术实验室主任马里奥·帕尼西亚（Mario Paniccia）说，现在硅光子学正处在与上世纪80年代早期的电子工业相似的发展阶段。今天的光子研究人员比起几十年前的米德来说，更能获取代工厂的生产渠道，但是大多数研究者依然无法使用那些能制造出更复杂器具的尖端设备。
例如，一个数据处理光子芯片，必须在完全可靠的复杂系统中集成激光器、波导管和电力晶体管。OpSIS的用户、加利福尼亚大学戴维斯分校的社会权益信息技术研究中心主任S.J.本俞（S. J. Ben Yoo）说，用先进的生产设备制造这样的器件能确保其质量合格。
自2008年起，ePIXfab项目(译者注：为硅光子集成电路的研究和原型提供渠道的公司)提供了一项类似于OpSIS的服务，这项服务的一部分赞助来自于欧盟。但是OpSIS有渠道联系到更为先进的代工厂――加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学的一位电机工程师鲁卡斯·克鲁斯托斯基（Lukas Chrostowski）如是说。
克鲁斯托斯基在OpSIS运行初期有20项设计构思，其中有些设计是能够通过分析血样来检测疾病的掌上医疗诊断设备的光学传感器模板。这个诊疗体系先前的版本是根本无法手提的：克鲁斯托斯基不得不在他利用ePIXfab项目制造的光学芯片之上外接一个激光器和检测仪。而他现在通过OpSIS项目，则能够把所有的建造模块以一种更仿真的原型集成到一个芯片上。
“这种创新不能只留给财力雄厚的巨头，”帕尼西亚说道，“我们需要更多的人来试验、学习和革新硅光子学。”
资料来源Nature
责任编辑 彦 隐