不知不觉中，光电子技术已由广袤的外部世界渗透进了小小的微电子芯片中。

  从城市间的骨干网络，到跨越大洋的海底光缆，光纤已成为通信网的重要传输媒介，承担着运载大量视频、音频、数据和文字信息的使命。

  与此同时，以电子作为信息载体的微电子芯片的互联功能却受到了“瓶颈”效应的限制，高速电子芯片的光互联也由此成为非常关注的前沿技术。若能够在芯片之间甚至芯片内部实现光互联，那么计算机的性能将会大幅度的提升，现在要耗时几个小时下载的高清电影届时只用几秒钟就可以完成。

  从上世纪70年代起，我国就已经认识到光电子技术的重要性，开始制定全面发展规划。然而，毋庸置疑的是，与英特尔等公司相比，在解决光互联的关键技术光子集成回路（PIC）的研发方面，我国还是有不小的差距。

  近日，《科学时报》记者专访了英特尔研究院光电子技术实验室资深科学家荣海生博士，以了解芯片领域光电子技术的最新进展和产业化情况。

  长期以来，以硅为材料的微电子芯片一直是计算机的心脏部件。与砷化镓、磷化铟等化合物半导体材料相比，硅的成本要低得多。芯片中的光互联若能够立足于硅材料上实现，对光电子技术产业化来说，无疑会带来革命性的突破。

  然而，硅却是一种间接带隙半导体材料，发光效率仅为砷化镓的十万分之一。因此，人们一直在寻求一种在硅基片上生长优质砷化镓等直接带隙材料的技术途径，但从技术的难度和经济的效果与利益的角度考虑，始终没发现一种理想的可行方案。

  荣海生和记者说，从上世纪90年代末期开始，英特尔就着手进行硅基光电技术的研究，但在最初几年内都没有过大的进展。虽然硅对红外光是透明的，可以制作成各种光波导来传输光波，但由于它的光电转换率太低，因此通过硅产生激光，特别是连续的激光，以及实现其他光互联的核心部件，如电光调制器及探测器，是一件十分艰难的事情。

  2002年，荣海生进入英特尔，很快就加入英特尔院士马里奥潘创办的光电子技术实验室，开展硅基光电子器件的研发。在此之前，他曾在美国麻省理工学院和加州理工学院从事激光应用的基础研究。

  2004年，英特尔宣布，成功研制出首款GHz硅基光调制器。这项成果引起了科学界的热烈反响150多篇新闻报道了这件事。人们认为，既然硅可拿来制造光调制器，那么或许就可通过硅制造其他光互联所需的器件。

  事实证明确实是这样。2005年2月，英特尔又用标准硅组件开发出全球第一款发射连续光波的硅激光器，即“连续波拉曼激光器”，取得在硅激光上的突破。2006年9月，英特尔和美国加州大学圣芭芭拉分校合作，成功研发了世界上首款磷化铟和硅的混合激光器。随后，40Gb/s带宽速度的硅光调制器、首款“级联拉曼硅激光器”及“雪崩硅基光电探测器”等也相继诞生。

  “在光互联上，我们这几年做的主要工作，就是把前几年开发的所有核心部件集成在一起，在比较短的时间里，做成一个光互联系统。”荣海生总结了英特尔在光互联方面的发展历程。

  今年7月底，英特尔宣布，开发出世界上首个集成了激光器的硅基光电互联系统研究原型。与目前的铜缆技术相比，它能轻松实现更长距离的数据传输以及数倍的速度提升，每秒可传输高达50Gb的数据相当于一部完整的高清电影。

  “我们未来的打算是，希望能开发出成本很低的硅基光电子芯片，使它不仅能用在高性能计算机上，也能用在一般的消费电子科技类产品上。”荣海生说。

  2009年9月24日，在美国旧金山英特尔信息技术峰会上，英特尔公司首席技术官、高级院士兼英特尔研究院总监贾斯汀向人们描绘了2015年用户能期待到的电视体验。他预计到2015年将有150亿个消费电子设备可提供电视内容，可供播放的视频将达到数千亿个小时。光互联技术将能提供超过10Gb/s的带宽，支持更小的设备接口以及更长、更细、更灵活的主流光互联技术，并可通过单根连线连接任何设备。

  光互联技术是怎么样才能做到这点的呢？据介绍，这是由于光子与电子的物理本质及特性不同所决定的。与电子相比，用光子作为信息载体的主要优势有两方面：一是光子之间不会相互作用，因而光子的并行解决能力远高于电子；二是光子不荷电，不具静质量，所以光子不仅传播速度快，而且传播过程中能量损耗极小，再加上光波频率高，所以其传输容量远超于电子。

  对此，中国科学院院士王启明曾撰文指出，以电子作为信息载体的微电子芯片互联功能受到了“瓶颈”效应的限制，其响应速度难以超越纳秒；而如果采用光互联技术，信息传输和处理的速率将会从纳秒进入皮秒阶段，提高3个量级。

  正是如此高速的数据传输速度赋予了光互联广阔的发展空间。对未来，荣海生描绘了这样一幅蓝图：对个体消费者来说，即便是家庭娱乐和视频会议也能享受墙体般大小的3D屏幕，而且高清的体验会令人感觉演员或家人似乎就在身边。对企业用户来说，与现在基于有限容量和传输距离的铜线设计不同，未来数据中心或超级计算机的组件可能会分布在整个大楼甚至园区的不同位置，相互之间能很轻松地进行高速通信。

  这将帮助搜索引擎公司、云计算服务提供商或金融数据中心提高性能和容量、节约空间与能源成本。此外，对科学家而言，也可以由此构建更强大的超级计算机来解决世界面临的重大问题。

  美国商务部曾指出：“谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁。”硅基光电子，作为一项很有未来市场发展的潜力的前瞻性技术，更是现在竞争的热点。

  据记者了解，我国国内现在包括中科院半导体所、北京大学等在内的科研机构和高校也在积极进行该领域的研发，然而在光电子产业所需的规模化、产业化生产技术方面却还未有实质性突破。在这方面，英特尔又有怎样的经验可以借鉴呢？

  荣海生和记者说，英特尔在作研发时有一个明确的目标，那就是要做到产品化。“我们作研发时，常会看到一些有意思、值得跟踪深究的现象，却没时间像在大学里那样把它继续做下去。为了尽快达到我们设定的目标，有些东西我们只可以舍弃了。”荣海生说。

  谈及我国国内的研究工作，荣海生表示：“据我所知，国内做这方面工作的，绝大多数都是研究机构或大学，工业界还没有广泛介入。”

  荣海生坦率指出，大学里做的工作侧重点不太一样，他们虽然发表了一些很好的论文，但多数对产品化过程中的实用性及指导性不够强。大学和工业界的合作有待进一步加强。

  与国内研究不同的是，英特尔研发的出发点是市场需求，为此，他们很重视产品性能的稳定和成本的低廉。

  对于一个实用化的PIC芯片来说，会包含不同的光器件，很难在一个PIC芯片中使每个器件都兼有最佳的性能，因此一定要采用某种折中的设计，以在性能、功耗及尺寸之间进行平衡。荣海生举例说，在选择调制器时，有一种调制器的结构能做到尺寸更小、效率更加高、功耗也比较低。但是，它有一个致命问题，就是性能不稳定，容易受温度等因素的影响。后来，他们作了很多测试，还是选了尺寸稍大但稳定性强的另一种结构。

  当记者问及硅基光电子芯片何时才能进入实用阶段、切实改变我们的真实的生活时，荣海生的回答是：“我们现在正在做的工作就是与生产部门合作来解决产业化中可能遇到的问题，这说起来很轻松，做起来却有很多问题是需要考虑。”因此，这项技术何时转变成产品目前还不能确定。

  国内一位学者曾撰文表示，如果一个国家在一代元件上只有少数的投资以发展自主能力，就会失去占领下几代技术市场的机会。在硅基光电子芯片上，留给中国的时间只有3到5年，如果我们不在目前产业化的技术发展阶段进入，就会失去大好时机。到产业化后期时将要花数倍的力量才能弥补，甚至会彻底失去机会。

  在硅基光电子芯片目前的产业化进程中，英特尔已经先行一步。未来如何，只能拭目以待。