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(chéng)验(yàn)证(zhèng)了(le)光(guāng)子(zi)芯(xīn)片(piàn)在(zài)AI计(jì)算(suàn)中(zhōng)的(de)潜(qián)力(lì)。

硅(guī)光(guāng)子(zi)技(jì)术(shù)可(kě)将(jiāng)光(guāng)学(xué)元(yuán)件(jiàn)集成(chéng)于(yú)单(dān)一(yī)芯(xīn)片(piàn)。论(lùn)文指(zhǐ)出(chū)，此(cǐ)前(qián)研(yán)究(jiū)已(yǐ)实(shí)现(xiàn)单(dān)芯(xīn)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(chéng)通(tōng)道(dào)数(shù)量(liàng)较(jiào)此(cǐ)前(qián)提(tí)升(shēng)了(le)一(yī)个(gè)数(shù)量(liàng)级(jí)。由(yóu)此(cǐ)实(shí)现(xiàn)了(le)高(gāo)带(dài)宽(kuān)（800 Gb/s）与(yǔ)高(gāo)密(mì)度(dù)（5.3 Tb/s/mm²）的(de)3D通(tōng)道(dào)。据(jù)介(jiè)绍(shào)，在(zài)收(shōu)发(fā)器(qì)组(zǔ)装(zhuāng)中(zhōng)，光(guāng)子(zi)芯(xīn)片(piàn)通(tōng)过(guò)美(měi)国(guó)集成(chéng)光(guāng)子(zi)制(zhì)造(zào)研(yán)究(jiū)所(suǒ)（AIM Photonics）定(dìng)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(chǎn)潜(qián)力(lì)。此(cǐ)类(lèi)超(chāo)高(gāo)效(xiào)、高(gāo)带(dài)宽(kuān)的(de)数(shù)据(jù)链(liàn)路有(yǒu)望(wàng)消(xiāo)除(chú)分(fēn)布(bù)式(shì)计(jì)算(suàn)节(jié)点(diǎn)间(jiān)的(de)带(dài)宽(kuān)瓶(píng)颈(jǐng)，支(zhī)持(chí)未(wèi)来(lái)AI计(jì)算(suàn)硬(yìng)件(jiàn)的(de)扩(kuò)展(zhǎn)。

光(guāng)作(zuò)为(wèi)通(tōng)信(xìn)介(jiè)质(zhì)，能(néng)以(yǐ)极(jí)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统电信号，正深刻重塑芯片产业的架构与性能边界。目前，光互联正从“技术实验”迈向“产业支柱”，其高带宽、低功耗特性将重塑芯片设计范式。而随着3D集成、硅光子和先进封装技术的协同突破，未来十年光互联有望成为高性能(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”。

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