官方网站-首页

近日，哥伦比亚大学研究团队的一项关于三维（3D）光电子集成技术的研究成果在国际学术期刊《自然光子学》（Nature Photonics）上在线发表，该研究通过80通道的三维集成验证了光子芯片在AI计算中的潜力。

硅光子技术可将光学元件集成于单一芯片。论文指出，此前研究已实现单芯片64通道系统（发射端240 fJ/比特），但接收端能耗超过1000 fJ/比特，且二维平面布局限制了密度。三维集成通过分离光子芯片与先进CMOS电子芯片，突破了上述限制。不过，现有3D集成方案通道数不足8个，且键合间距远大于器件尺寸。

在此次研究中，仅为0.3 mm²的芯片面积上集成了80个光子发射器与接收器，其3D集成通道数量较此前提升了一个数量级。由此实现了高带宽（800 Gb/s）与高密度（5.3 Tb/s/mm²）的3D通道。据介绍，在收发器组装中，光子芯片通过美国集成光子制造研究所（AIM Photonics）定制工艺制造，电子芯片采用了台积电28nm CMOS工艺。键合工艺结合了铜锡凸点与热压键合技术。

图为从发射器到接收器的链路

值得关注的是，该架构兼容商用12英寸（300mm）晶圆CMOS工艺，具备大规模生产潜力。此类超高效、高带宽的数据链路有望消除分布式计算节点间的带宽瓶颈，支持未来AI计算硬件的扩展。

光作为通信介质，能以极低能耗传输海量数据，为突破当前计算能力极限提供了可能。光互联技术利用光子传输数据替代传(chuán)统(tǒng)电(diàn)信(xìn)号(hào)，正(zhèng)深(shēn)刻(kè)重(zhòng)塑(sù)芯(xīn)片(piàn)产(chǎn)业(yè)的(de)架(jià)构(gòu)与(yǔ)性(xìng)能(néng)边(biān)界(jiè)。目(mù)前(qián)，光(guāng)互(hù)联(lián)正(zhèng)从(cóng)“技(jì)术(shù)实(shí)验(yàn)”迈(mài)向(xiàng)“产(chǎn)业(yè)支(zhī)柱(zhù)”，其(qí)高(gāo)带(dài)宽(kuān)、低(dī)功(gōng)耗(hào)特(tè)性(xìng)将(jiāng)重(zhòng)塑(sù)芯(xīn)片(piàn)设(shè)计(jì)范(fàn)式(shì)。而(ér)随(suí)着(zhe)3D集成(chéng)、硅(guī)光(guāng)子(zi)和(hé)先(xiān)进(jìn)封(fēng)装技术的协(xié)同(tóng)突(tū)破(pò)，未来十年光互联有望成为高性(xìng)能(néng)计(jì)算(suàn)、AI及6G通信的底层标配，驱动芯片产业进入“光子时代”。

（附原(yuán)文链接：https://doi.org/10.1038/s41566-025-01633-0）