今年是集成電路（IC）發明60周年，過去60年來，裝載著IC的電腦、筆電、手機與網絡，讓資訊運算能力大幅提升，也大大改變了人類的生活模式。人類生活模式的改變，特別是溝通與接收訊息方式，又進一步迫使IC運算能力必須相對提升。

集成電路的發展速度飛快，20多年前，一顆IC的尺寸是1微米，幾乎是現今的100倍，儲存容量相差達萬倍以上。過去，一臺電腦幾乎要一個房間才能容納得下，如今，一支小小手機上的芯片功能就已超越過去電腦的運算能力。

雖然每隔1～1.5年，半導體芯片功能可強大兩倍的摩爾定律，在未來十年內仍然有效，不過，也有很多人擔心盡頭即將到來。當傳統硅芯片透過曝光、顯影等制程技術而來到極限時，下一步，人類該如何讓半導體芯片功能繼續強大呢？

透過異質整合技術的非傳統芯片，成了市場開始思考的解決出路。異質整合，指的是將不同芯片透過封裝或其他技術放在一起，使芯片功能更強大。例如，過去記憶體與中央處理器的芯片是分開的，如今，兩者整合已成為趨勢。不僅如此，包括把感測器與非硅材如LED或通訊芯片等結合在一起，也是現在半導體產業的熱門方向。

早在十年前，工研院就已經投入相關領域的研發，包括3DIC、晶圓級封裝技術、硅光子技術（Silicon Phonotics）、微發光二極體（Micro LED）等，都是半導體異質整合的應用案例。

簡單來說，異質整合技術是希望將各種不同功能的IC芯片，藉由封裝技術或半導體制程，再整合至另外一個硅晶圓、玻璃或其他半導體材料上面。

一般說來，異質整合具備兩大優勢：第一，在進行IC設計時，不需要把所有功能設計在同一個芯片上，可以提高設計開發的效率；第二，突破硅的物理限制，更能將硅應用到各種不同領域。

工研院目前正在進行中的硅光子計劃，便屬于典型異質整合例子。由于硅不適合處理光訊號，所以光纖通訊里面有很多不是使用硅的半導體，而是砷化鎵等材料，這導致硅芯片必須再串連、轉換出去，才能與光纖網絡橋接，消耗的電能與運算容量自不在話下。

硅光子計劃就是想辦法讓本來在砷化鎵上面做的東西，能夠直接在硅的平臺上整合，最后可實現用電來控制光，如此就能降低光纖通訊半導體的制作成本、加快設計速度。

很明顯的，異質整合將是下一波半導體發展的關鍵技術，包括美國、日本、中國大陸等都相繼投入此領域。

過去，***半導體產業具備兩大優勢，一是上下游供應鏈完整，二是半導體人才眾多。然而，面對傳統芯片的制程極限，***業者必須力求創新突破，才能持續在未來半導體市場上保有競爭優勢。

特別是人工智慧、自動駕駛、5G等新興科技正驅動資訊處理量持續成長，***半導體產業唯有掌握下世代半導體異質整合新技術，才能讓產業成功轉型升級并再創高峰。

近日，從市科委獲悉，張江實驗室牽頭承擔的硅光子市級重大專項在工藝技術方面取得突破，具備了光芯片流片能力。預計今年年內，我國第一條硅光子研發中試線將在滬建成。這一專項志在上海打造硅光子芯片全產業鏈，掌握關鍵核心技術，讓國內企業擺脫對國外光芯片供應商的依賴。

上海首批市級科技重大專項之一“硅光子市級重大專項”項目啟動會已于今年4月在張江實驗室舉行。硅光子技術讓光子作為信息載體，實現信號傳輸的安全性和可靠性，是有望顛覆傳統集成電路產業的前瞻性技術。為此，上海市政府將硅光子與硬X射線自由電子激光、國際人類表型基因組一同作為首批市級科技重大專項，予以全力支持。

市科委副主任干頻介紹，硅光子重大專項由張江實驗室牽頭，國內一批企業、高校和科研院所參與，通過擴展上海微技術工研院這一研發與轉化功能型平臺的功能，突破硅基光互連芯片和器件的共性關鍵技術，從而吸引各方資源，力爭使上海成為硅基光電子這一戰略領域技術新發明、產業新方向的重要策源地。

上海有很好的硅光子技術研發基礎。多年來，滬上高校、科研院所和企業在這一領域開展了持續攻關。另一方面，上海的集成電路產業在全國處于領先地位，尤其在張江，擁有較為完整的產業鏈，有條件將大規模集成電路工藝用于光電集成，制造出新一代硅基光互連芯片。“我們要在上海打造全產業鏈，包含芯片設計、制造、封裝、測試等各個環節。”余明斌說。

此前，工信部發布《中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018-2022年）》，提出確保2022年中低端光電子芯片國產化率超過60%，高端光電子芯片的國產化率突破20%；2022年國內企業占據全球光通信器件市場份額的30%以上，有1家企業沖入全球前3名等。此次上海硅光子項目率先取得突破，將有利于國內企業搶占通信器件高端市場，對于通信產品自主可控也具有重要意義，結合未來幾年千億級別的通訊網絡投資，市場前景廣闊。

除了通信，光芯片還能用于激光雷達、平行計算、大規模光開關、三維光電集成等具有巨大發展潛力的前沿項目，成為自動駕駛、新一代計算機、超高清電視等領域的核心部件。

去年，上海市政府將硅光子列入首批市級重大專項，投入大量經費，布局硅基光互連芯片研發和生產。而今，很多業內人士感嘆，上海真是未雨綢繆，因為硅基光互連芯片是新一代通信芯片，國內通信企業已在這種器件上被卡了脖子。

隨著硅光子市級重大專項的推進，上海有望涌現出一系列成果。王曦表示，專項團隊會通過建立高效的項目管理機制、加強戰略規劃研究、進一步開放協同等舉措，以全球視野實施重大專項，早日將上海打造成世界級硅光子基地。