Black Semiconductor：塑造光芯片互连的未来

几十年来，CPU 上的晶体管数量大约每两年翻一番。这就是众所周知的摩尔定律。然而，随着晶体管的尺寸越来越小，生产成本越来越高，生产难度越来越大，业界开始寻求从根本上提高计算能力的新方法。

自 21 世纪初以来，计算能力的提高主要来自并行化，即增加内核或将 CPU 转换为 GPU，以完成更专业的计算任务。但独立处理器之间的数据共享仍然繁琐且成本高昂。

丹尼尔-沙尔（Daniel Schall，首席执行官）和塞巴斯蒂安-沙尔（Sebastian Schall，首席财务官）兄弟于 2020 年创立了 Black Semiconductor 公司。他们与 Cedric Huyghebaert（首席技术官）共同开发了光互连技术，用于连接芯片，使其能够快速交换数据。他们利用石墨烯将电子信号转化为光子信号，并在芯片之间以光学方式传输信号，其技术可使数据处理速度提高 100 到 1000 倍。Black Semiconductor 已从 Vsquared Ventures、Cambium Capital、Onsight Ventures 和 Project A Ventures 募集到资金。

通过我们对联合创始人兼首席执行官丹尼尔-沙尔的采访，您可以了解更多有关光芯片互连未来的信息：

您为什么创办 Black Semiconductor？

主要是出于好奇心，同时也因为我碰巧处在一个有这样一个机会的环境中–而我是一个机会接受者！

八岁那年，我正在拆卸一台晶体管收音机，我的同学帕特里克问我：”你在做什么？你在干什么？你知道晶体管是什么吗？电路板上的所有其他元件都有两个引脚，但晶体管却有三个引脚，这让我眼前一亮。我的好奇心被点燃了，于是我用锤子敲开了晶体管，但很快我就发现这并不能帮助我理解晶体管的工作原理。所以，当时我干脆接受了这个事实：我不知道晶体管是什么，也不知道它的作用。

然而，这段经历让我记忆犹新，多年后，我决定学习电子工程，了解所有这些电子产品的工作原理。在学习微电子学的过程中，我终于了解了晶体管的工作原理。这给我带来了更多的问题，而不是答案，因为我后来想知道微芯片是如何制造出来的。时至今日，微芯片制造仍是一个奇迹，它创造了所有这些微小的元件，并确保它们全天候工作。

作为一名学生，我开始在亚琛的一家研究所 AMO GmbH 制作自己的芯片。该研究所主要研究性能可能超越摩尔定律的微芯片，其中一个重要的组成部分就是光子学。纯属巧合的是，该研究所也在研究石墨烯，于是我就在想能用石墨烯做什么很酷的东西。也许是晶体管？

我们尝试过制造石墨烯晶体管，但由于缺乏带隙，石墨烯无法开关，因此无法真正发挥作用。最后我们只取得了一半的成果，故事也就到此结束了。

但我们的光学成果却令人大开眼界，尤其是在将光子信号转换为电子信号方面。因此，在攻读博士学位期间，我把重点放在了石墨烯与硅光子的集成上。几年后，我们与高频测量和数据通信领域的专家贝尔实验室合作，测量了我们的第一个设备。我们的研究表明，我们可以在单个芯片上集成石墨烯，并最终利用 6 英寸硅晶圆制造出晶圆级设备。

提交博士论文后，我开始思考如何利用这项新技术。我以前经营过一家录音室，并为德国军队从事过 IT 基础设施工作，因此我知道学术界以外的工作意味着什么。自主性对我来说非常重要，而我在博士期间拥有的这些设备则是我们能够创造出令人惊叹的东西的有力证明。我和弟弟塞巴斯蒂安（Sebastian）申请了德国针对大学初创企业的资助计划 EXIST，一旦获得批准，我们就决定在 2020 年成立 Black Semiconductor。

我们开始分析我们知道什么，不知道什么，并邀请曾创造过高速光通信设备的安德烈亚斯-乌姆巴赫（Andreas Umbach）担任顾问。我们一起分析了所有的可能性，发现我们可以在连接相邻芯片方面发挥最大的作用。

多年来，电子行业一直在研究这个问题，但大门始终紧闭。目前还没有一种技术可以在芯片之间轻松实现数据传输，并且可以与硅集成。石墨烯打开了这扇大门！石墨烯能接受相同的材料环境，并与硅芯片集成，而不会破坏芯片下面的电子元件，这使其与后期芯片制造兼容。

石墨烯是使我们能够轻松地将电子信号转换为光子信号的关键部件，而光子技术具有传输数据的最高带宽。这使得直接连接芯片成为可能，因此在理想情况下，芯片甚至不会察觉到它们被连接在一起。

光学芯片互连如何工作？

处理器在电子世界中创建数据，而另一个处理器可能需要访问这些数据。光子技术是数据传输的最佳技术，因为它可以提供最高的带宽，而且不仅适用于长距离传输。因此，您需要一个能将电子数据转换到光学世界的转换器，反之亦然。

通常，这种信号转换需要耗费大量能源，从而降低了数据传输的效率和成本。然而，石墨烯本质上是晶体，由单层碳原子形成蜂窝状晶格，由于这种排列方式，它具有非常特殊的物理特性。

将光子信号转换为电子信号的工作原理有点像太阳能电池：光子被吸收后，电子从低能级上升到高能级，特别是从价带上升到导带，在导带上电子可以自由流动，从而产生电流，即电子信号。

硅等半导体的价带和导带之间有一个带隙，因此克服这个带隙需要一定的能量，只有能量大于带隙的有限波长范围内的电子才能被吸收并产生电流。石墨烯的特殊之处在于它没有带隙，原则上可以吸收任何波长。

然而，石墨烯只是单层原子，因此，除非适当地与波导平行集成，否则大部分光线都会直接穿过而不被吸收。因此，如何将石墨烯集成到硅芯片上，以实现最大的数据传输和较低的能量损耗，是主要的工程挑战，同时还要制造高质量的石墨烯，因为杂质会产生带隙，阻碍石墨烯吸收光线的能力。

您是如何评估自己的创业想法的？

首先，我们讨论了很多关于从哪里进入市场的问题，最后决定长途数据通信不是最好的主意：连接数公里至数百公里数据中心的技术已经相当成熟。

光通信行业的一切都相当标准化，因为多个供应商需要互相连接，而且他们在数据传输的速度和能效方面已经制定了长达数十年的里程碑路线图。如果你的技术能达到这些里程碑，你就成功了；否则，你就会被淘汰，因为你无法与其他所有人的技术兼容。因此，把我们的初创公司赌在五到七年内达到这些技术指标的一次尝试上似乎不是一个好主意–哪怕只差百分之几，我们都可能被淘汰出局，因为竞争非常激烈。

不过，数据中心的一项重要工作是对输入的互联网数据流进行分类。例如，当你观看 YouTube 视频时，大量数据需要在数据中心内以及不同芯片之间进行分配。这正是我们的机会所在！

我们的技术具有相当大的颠覆性，可以为互联芯片打开一个尚不存在的市场！它解决了扩展到更多晶体管和获得超越摩尔定律的更高性能的根本问题。即使芯片的晶体管数量无法大幅增加，芯片间的无障碍通信也能让更多芯片参与进来，从而让更多晶体管参与计算。

如果我们能够满足规格要求，以后还可能进入数据通信领域。但芯片互联是目前正在发生的事情。这是一个很好的策略，可以解决现有技术无法满足的需求旺盛的问题–如果你解决了这个问题，你就可以打开一扇新的大门。从那时起，你就可以不断改进。

您对深度技术创始人有什么建议？

只有当你热爱它时才去做！如果你考虑创办初创公司只是为了赚钱，那就忘了它吧，去做别的事情。有时压力会非常大，你可能需要每周只睡四五个小时，工作 110 个小时。如果你感到恐惧，我可以告诉你，这就像体育运动：你要训练并习惯它。一旦你的初创公司起步，你可能会改回更正常的工作时间，但在一定时间内，你必须拼命工作。

只有当创办公司是你的愿望时，你才能承受这种压力。回报不应该是金钱，而仅仅是你所做事情的体验。能有机会在 Black Semiconductor 工作，我感到很幸运；这是我的回报。我是一个机会接受者，当我看到这个机会时，我知道这将是一个值得去争取的机会。让自己接触更多的机会，分享你的想法–不要害怕别人会偷走你的想法。

最后但并非最不重要的一点是，我想说的是，在欧洲，我们非常幸运地拥有一套价值观，例如围绕医疗保健或工作条件的价值观，这些价值观是我们为之奋斗的目标，是杰出而珍贵的，我们需要维护它们。然而，为了维护和捍卫这些价值观，我们需要走在技术的前沿。新技术推动社会进步，提高生活质量，支持我们的欧洲主权。

在过去几年中，我们越来越清楚地认识到，在深度技术和基本新技术商业化方面存在着许多新机遇。然而，深度技术往往也需要大量投资！对于半导体初创企业来说，5 亿美元并不算多。设计一个 CMOS 节点可能就够了，但开发全新的半导体制造技术却需要更多的资金。

而且，这不仅需要大量资金，还需要长长的一口气。深度技术不会像 B2B SAAS 初创企业那样在两年内创造出独角兽，让风险资本家提前套现。相反，深度技术有可能创造出真正的大公司和可防御的公司，而这正是风险投资人适应和探索这些新机遇的机会。

你仍然可以赚很多钱，但你需要一种不同的心态。美国的风险资本家已经意识到了这一点，目前，他们正在做大交易！为什么以技术为重点的大型基金寥寥无几？了解技术并能进行长期和大规模投资的基金？如果我们要维护欧洲的价值观，我们就应该站在技术的最前沿。