半导体行业，涵盖芯片设计制造、设备生产、材料研发等领域，是现代科技的核心支柱，对保障国家战略安全、促进经济高质量发展具有重要意义。在举国上下讨论如何实现高端芯片国产替代的背景下，中国科学院半导体研究所研究员、博士生导师黄北举毅然走出实验室，创办苏州微光电子技术研究院有限公司（以下简称“微光电子研究院”），为解决“卡脖子”难题积极作为。

作为硅基微电子与光电子集成专家，黄北举曾先后获评中国科学院半导体研究所青年科技奖、全国首届博士后创新创业大赛银奖、江苏省“双创”领军人才等殊荣。在他带领下，微光电子研究院研发出多款性能达国际先进水平的高端芯片，成为自主创业并带动产业链发展的青年科学家。

为实现芯片国产替代而读书

黄北举致力于高端芯片研发的决心，可以追溯到他在西安电子科技大学读书期间。

当时，他在一次学术讲座中了解到，我国高速光电子芯片几乎全部依赖进口，甚至单个分立的高频电子元器件也需要进口，在这种情况下，国家信息安全存在诸多不可控因素，而要做到对信息安全的全面掌控，必须实现芯片的国产化替代。这次讲座，对年轻的黄北举产生极大震撼，也成为其从事半导体研究的重要源动力。

“半导体可分为微电子、光电子两个研究方向，在先进制程的微电子领域，我们还处于追赶阶段；但在光电子领域，尤其是硅基光电子领域，我们并不比国外落后。”黄北举告诉本刊记者，硅基光电子具有高速、高集成度、高良率、低成本等优势，在高速互联、人工智能（AI）领域具有突出竞争力，因此，他从读硕士研究生开始，就选择了硅基光电集成作为研究方向。

2009年，27岁的黄北举在中国科学院半导体研究所获得微电子学与固体电子学专业博士学位，又先后在清华大学做博士后研究、美国加州大学欧文分校电子工程系做访问学者，直至2016年回到中国科学院半导体研究所，先后担任副研究员、研究员、博士生导师及光电集成与可见光系统研究组组长，专心从事硅基光电子器件、硅基光电集成芯片研究，并于2019年获得中国科学院半导体研究所青年科技奖、2022年获得中国科学院青年创新促进会优秀会员。

这些在不同高校和科研院所的游学经历，不仅拓展了黄北举的国际化视野，也为其从事硅基微电子与光电子集成研究积累了宝贵经验。

时间进入21世纪的第二个十年，中国已然成为世界第二大经济体，经济实力显著提升；随着美国对高端芯片限制日益加强，实现国产化替代的呼声也日益高涨。

2021年，黄北举在苏州成立微光电子研究院，力图通过把前期承担国家科研项目时积累的创新经验和优质科研成果转化落地，实现从“书架上的论文”到“货架上的产品”的转化；通过技术研发、技术孵化、技术转移，将科技与产业有机结合，为助力高水平科技自立自强承担起“匹夫之责”。

而之所以选择在苏州创业，是因为看好当地的区位优势、营商环境、工业基础，以及子女入学、免费人才公寓等吸引人才的配套政策。为了让入驻公司得到更好的发展，从落户报批、职工住宿到企业融资、项目申报，吴江区政府都提供了全方位的服务；并且，当地还有不少发展良好的光通信相关企业。

“初创企业最缺乏的就是资金和资源。苏州市吴江区人民政府不但在政策制定上考虑周到、快速落地，还主动提醒企业申报合适的项目，为企业争取到尽可能多的政府补助。从免租金厂房到研发补助，从风投到低息贷款，这些帮助大大减轻了我们创业初期的经济负担。”黄北举说。

迈出硅基光电融合“关键一步”

按照最初设想的蓝图，黄北举先后在微光电子研究院建成光速光互联器件、光电感知与计算器件、光电专用集成电路、光电集成芯片与系统、光电融合应用技术等五大研发中心，以及光电测试实验室、微纳加工平台、生物无菌实验室等实验平台，开始围绕高速通信、传感、新一代人工智能展开芯片研发。

在黄北举团队研发的一系列高端芯片当中，8通道高速硅光收发芯片可实现1.6Tb/s高速传输，性能达到国际先进水平，全面实现了高速光通信芯片的国产替代。然而，该项目在研发过程中，曾面临设计、测试的种种挑战。

据黄北举介绍，硅基光电融合芯片的设计，需要基于互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺，将硅基光电子器件和微电子器件单片集成，就是在同一个芯片上同时实现电光调制器，光电探测器，光波导类器件和专用驱动电路、接收电路的集成。这属于跨学科交叉领域，需要研发人员既精通光、又精通电，在国内并没有可以借鉴的成熟经验。

为此，黄北举团队通过总结、比较国际光电融合方案和最新进展，结合团队此前研制CMOS后工艺光电三维集成芯片时积累的经验，提出可通过双极性互补金属氧化物半导体（BiCMOS）工艺流片的单片光电集成解决方案。

在设计光电融合芯片中的光电子器件结构时，黄北举团队又遇到流片工艺参数未知的情况。“电光调制器的设计和优化需要基于掺杂浓度，但是这个参数在传统集成电路流片工艺中是不对外提供的。”黄北举说，研发团队就发挥熟悉CMOS工艺的优势，通过电学性能参数推导出底层工艺参数，顺利实现光电子器件的设计和优化。

设计工作完成后，光电融合芯片在高速测试中又遇到寄生参数的影响。为了测试出芯片最佳性能，黄北举率团队先后在北京大学长三角光电研究院、上海交大平湖智能光电研究院、鹏城实验室进行测试。为了改善测试时的光学稳定性，微光电子研究院还自主研发了光纤垂直封装工艺。经历多次实验，终于将芯片性能测试到了极限。2024年和2025年，这两个成果相继发表在光学顶级期刊《Laser & Photonics Reviews》和《Photonics Research》，引起业界广泛关注。

就此，黄北举团队为硅基光电融合芯片进入产业应用彻底扫清了障碍。

让国产芯片助力“万物智能”

8通道高速硅光收发芯片的研制成功，这是黄北举为推动高端芯片国产替代迈出的关键一步。此后，他又带领团队进行了“偏振不敏感的硅基光强度调制器”“单片光电集成光接收机芯片”等高性能硅光芯片的设计研发，并得到实验验证，进一步扩大了其在光通信和光电子领域的影响力。

“这两款芯片都采用了我们独创的新型耦合器方案。”黄北举介绍，目前硅光芯片缺少片上光源，需要引进片外光源。然而，片外光源通过光纤和硅光芯片耦合的时候，存在插损大、耦合容差小等缺点。为解决这些问题，黄北举提出基于亚波长变迹双向光栅耦合器，通过优化设计抑制了寄生反射，提高了光栅耦合性能，降低了耦合损耗。针对硅光调制器的偏振敏感缺点，黄北举创新解决方案，提出基于二维光栅耦合，研制出偏振不敏感硅光调制器，解决了中心对称二维光栅、超小尺寸模斑转换损耗抑制等问题，打破了传统硅光调制器的性能限制，有力推动硅基光电子技术的产业化应用。

“优秀的芯片研发人员需要具备扎实的理论基础、丰富的研发经验、多次的流片验证，以及在面对挫折的时候仍然能保持乐观的心态。”总结十几年研发经验，黄北举认为，芯片研发需要一轮又一轮的迭代更新，有客户的反馈意见，才能持续提升性能，满足业界需求。此外，芯片研发需要持续、高强度的投入，因为每隔18个月就会迭代一次，集成度翻一番，同时单位成本降低一半；因此，只要有持续的高强度投入和市场需求，芯片的国产化替代一定能够实现。

硅基光电芯片研发创新，处于半导体产业上游环节；对于打通全产业链，黄北举还有更大的“野心”。

“目前，我们已经引进34名博士、硕士研究生，平均年龄只有33岁，研发团队充满了活力。”黄北举说，“下一步，我们将进一步集聚顶尖人才，开展硅基光电子产业技术应用研究和集成创新，促进科技成果转移转化，衍生孵化科技型企业，完善产业链，推动苏州成为国际水平的微电子与光电子融合技术研发中心与产业基地。”

具体措施是，一方面对现有芯片进行迭代，向低功耗、低插损、高集成度、高带宽方向迈进，同时布局量产单波200G硅光芯片，积极与图形处理器（GPU）厂商对接，全面进入AI领域，为智能时代的算力需求提供硬件支持；另一方面，通过积极与亨通光电、永鼎股份、旭创科技等长三角地区的光通信龙头企业开展合作，实现高端、高速光通信芯片的国产化替代，与合作企业共同打造硅基光电子芯片设计、制造、封测、应用的全产业链。

“让国产芯片助力万物感知、万物互联、万物智能，是我们不改的初衷。我们将扎根高端光电芯片，‘顶天、立地、谋长远’，为国家半导体产业、为长三角生态绿色一体化高质量发展尽自己的绵薄之力。”黄北举说。