在光電子融合中，硅光子學(xué)發(fā)揮著核心作用。硅光子學(xué)是一種利用CMOS制程技術(shù)，支援半導(dǎo)體工業(yè)在硅基板上整合光接收元件、光調(diào)變器、光波導(dǎo)和電子電路等元件的技術(shù)。負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換光訊號(hào)和電訊號(hào)的光收發(fā)器，和集成電路芯片的混合，已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻庋b光學(xué)元件和共封裝光學(xué)元件。最終的光電融合是3D共封裝光學(xué)，即三維整合。可以毫不夸張地說(shuō)，基于硅光子的光電子融合，將會(huì)是未來(lái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和資訊網(wǎng)路的關(guān)鍵技術(shù)。

提高芯片的處理速度，對(duì)于提高計(jì)算機(jī)性能至關(guān)重要，但由于簡(jiǎn)單的小型化和高積集度有先天性的限制，因此平行處理器架構(gòu)和3D電路結(jié)構(gòu)的發(fā)展正被半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所關(guān)注。這樣的技術(shù)發(fā)展帶動(dòng)了芯片間所需訊息傳輸頻寬的增加，預(yù)計(jì)2025-2030年對(duì)頻寬的需要將超過(guò)10Tbit/s。然而，傳統(tǒng)電線(xiàn)的傳輸速度有10Tbit/s左右的限制，而且功耗也是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。

所以為了突破頻寬限制和功耗的障礙，高科技產(chǎn)業(yè)對(duì)光電融合的期望越來(lái)越高，這使得光訊號(hào)和電訊號(hào)密不可分。

云服務(wù)和5G需求帶動(dòng)硅光子成長(zhǎng)

根據(jù)日本Research Nester的一份關(guān)于硅光子的市場(chǎng)報(bào)告中顯示，2022年硅光子市場(chǎng)規(guī)模約為20億美元。預(yù)計(jì)到2035年底，硅光子全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到550億美元，2023-2035年間的復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)29.80%。

市場(chǎng)增長(zhǎng)可歸因于對(duì)基于云端的服務(wù)和5G技術(shù)的需求激增，以及光電子技術(shù)的進(jìn)步。整體因素包括了，快速成長(zhǎng)的工業(yè)4.0、越來(lái)越多的產(chǎn)業(yè)采用IoT設(shè)備、電信產(chǎn)業(yè)需求不斷成長(zhǎng)、筆記型電腦和智慧手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品的使用增加，以及新一代的設(shè)備已轉(zhuǎn)向由人工智慧(AI)驅(qū)動(dòng)發(fā)展。

硅光子市場(chǎng)依照零組件領(lǐng)域可區(qū)分為，光波導(dǎo)、調(diào)變器、光感測(cè)器、雷射。其中雷射的部分，預(yù)計(jì)到2035年將成為最大的市場(chǎng)占有硅光子零件，約為35%。而在應(yīng)用產(chǎn)品方面則可區(qū)分為收發(fā)模組、電纜、光開(kāi)關(guān)、感測(cè)器、光衰減器、其他。


硅光芯片成兵家必爭(zhēng)之地

縱觀硅光子在全球的發(fā)展情況，美國(guó)是硅光子最先興起的，也是目前發(fā)展最超前的國(guó)家。

早在1969年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的S.E.Miller首次提出了集成光學(xué)的概念，但是由于InP波導(dǎo)的高損耗和工藝落后難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成，這一技術(shù)在當(dāng)時(shí)未能掀起波瀾，之后將這一技術(shù)發(fā)揚(yáng)光大的是Intel。2010年Intel開(kāi)發(fā)出首個(gè)50Gb/s超短距硅基集成光收發(fā)芯片后，硅光芯片開(kāi)始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。隨后歐美一批傳統(tǒng)集成電路和光電巨頭通過(guò)并購(gòu)迅速進(jìn)入硅光子領(lǐng)域搶占高地。目前英特爾也是在硅光領(lǐng)域布局最全面的公司。

中國(guó)真正開(kāi)始大規(guī)模研究硅光子是在2010年左右，之前多為學(xué)術(shù)上的研究，起步晚導(dǎo)致中國(guó)在硅光子的產(chǎn)品化進(jìn)程上不如美國(guó)。但中國(guó)對(duì)于硅光子技術(shù)研發(fā)方面人才和資金的大規(guī)模投入，使得國(guó)內(nèi)硅光產(chǎn)業(yè)與國(guó)外差距并沒(méi)有十年之久。2017年中國(guó)的硅光產(chǎn)業(yè)迎來(lái)快速發(fā)展。

從產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)展看，全球硅光產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)逐漸成熟，從基礎(chǔ)研發(fā)到商業(yè)應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)均有代表性的企業(yè)。

其中以Intel、思科、Inphi為代表的美國(guó)企業(yè)占據(jù)了硅光芯片和模塊出貨量的大部分，成為業(yè)內(nèi)領(lǐng)頭羊。國(guó)內(nèi)廠商主要有中際旭創(chuàng)、熹聯(lián)光芯、華工科技、新易盛、光迅科技、博創(chuàng)科技、華為、亨通光電等。雖然國(guó)產(chǎn)廠商進(jìn)入該領(lǐng)域較晚，市場(chǎng)份額相對(duì)較小，但是通過(guò)近年來(lái)在技術(shù)上的快速追趕，國(guó)產(chǎn)廠商與國(guó)外廠商在技術(shù)上的差距已經(jīng)在逐步縮小。

100G已多點(diǎn)開(kāi)花

2018年8月，中國(guó)自行研制的“100G硅光收發(fā)芯片”在武漢投產(chǎn)使用，并通過(guò)了用戶(hù)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試，性能穩(wěn)定可靠。這標(biāo)志著中國(guó)商用100G硅光芯片正式研制成功，此后中國(guó)自主硅光芯片技術(shù)也邁上了新的臺(tái)階。

此外還有多家硅光模塊廠商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)100G硅光芯片的產(chǎn)業(yè)化商用。比如：

蘇州熹聯(lián)光于2021年10月成功并購(gòu)行業(yè)領(lǐng)先的sicoya，目前熹聯(lián)光芯的100G光模塊已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)，400G光學(xué)引擎及光模塊已進(jìn)入客戶(hù)送樣認(rèn)證階段。

2018年，由國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心、光迅科技公司、光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)信息通信科技集團(tuán)聯(lián)合研制成功的“100G硅光收發(fā)芯片”正式投產(chǎn)使用。實(shí)現(xiàn)100G/200G全集成硅基相干光收發(fā)集成芯片和器件的量產(chǎn)，并通過(guò)了用戶(hù)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試，性能穩(wěn)定可靠，為80公里以上跨距的100G/200G相干光通信設(shè)備提供超小型、高性能、通用化的解決方案。

2018年，亨通光電與英國(guó)洛克利硅光子公司合作的100G硅光子模塊項(xiàng)目完成了100Gbps硅光芯片的首件試制和可靠性測(cè)試，完成了硅光子芯片測(cè)試平臺(tái)搭建，隨后便將這一產(chǎn)品納入量產(chǎn)計(jì)劃。

其實(shí)，不只是100G硅光模塊，在400G、800G硅光模塊領(lǐng)域也不乏佼佼者的出現(xiàn)。


400G強(qiáng)者云集

從長(zhǎng)期來(lái)看，硅光方案已是大勢(shì)所趨，在400G光模塊時(shí)代或?qū)⒋笠?guī)模發(fā)力。

400G是優(yōu)勢(shì)釋放的拐點(diǎn)。因?yàn)樵?00G短距CWDM4和100G中長(zhǎng)距相干光模塊中，硅光模塊成本優(yōu)勢(shì)不明顯。而在400G及以上的高速率的場(chǎng)景中，傳統(tǒng)DML和EML成本較高，硅光模塊成本優(yōu)勢(shì)更為顯著。

國(guó)內(nèi)也有不少硅光模塊廠商已經(jīng)出樣給客戶(hù)，想必距離大規(guī)模應(yīng)用無(wú)需太久。

2021年亨通光電宣布，旗下子公司亨通洛克利科技有限公司在100G硅光AOC產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步充實(shí)數(shù)通高速模塊產(chǎn)品系列，推出了量產(chǎn)版400GQSFP-DDDR4硅光模塊和基于傳統(tǒng)方案的400GQSFP-DDFR4光模塊。

2022年中際旭創(chuàng)曾在其投資者關(guān)系活動(dòng)中回答稱(chēng)，公司800G 硅光模塊已送樣海外部分客戶(hù)，400G 硅光模塊已進(jìn)入市場(chǎng)導(dǎo)入階段，正在接受海外客戶(hù)認(rèn)證。公司擁有自主研發(fā)的硅光芯片核心技術(shù)與能力，能夠把握未來(lái)硅光發(fā)展方向，為客戶(hù)主動(dòng)推送更高速率的硅光解決方案。

光迅科技是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的能夠?qū)?00G硅光數(shù)通模塊進(jìn)行商業(yè)出貨的公司，目前其國(guó)內(nèi)的最大客戶(hù)是阿里。近日，有投資者在投資者互動(dòng)平臺(tái)提問(wèn)：400G硅光模塊出貨量如何？訂單多嗎？國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用400G硅光模塊的市場(chǎng)狀況如何？

光迅科技7月4日在投資者互動(dòng)平臺(tái)表示，400G光模塊國(guó)內(nèi)市場(chǎng)今年有一定需求，二季度環(huán)比一季度有所增長(zhǎng)，是否采用硅光方案取決于客戶(hù)需求，暫不方便披露細(xì)節(jié)。

再加上文提及的熹聯(lián)光芯以及華工科技、新易盛、博創(chuàng)科技等公司的400G硅光模塊產(chǎn)品均可圈可點(diǎn)。


800G是未來(lái)主要增長(zhǎng)點(diǎn)

去年，在投資者互動(dòng)平臺(tái)上，華工科技回復(fù)投資者提問(wèn)時(shí)透露，公司400G硅光芯片已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，800G硅光芯片預(yù)計(jì)今年實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。至于價(jià)格，華工科技稱(chēng)具體產(chǎn)品單價(jià)屬于非公開(kāi)信息，無(wú)法披露。

中際旭創(chuàng)的400G/800G硅光模塊也已采用自研的硅光芯片。

近日，光迅科技在其發(fā)布股票交易異動(dòng)公告中稱(chēng)，公司800G光模塊產(chǎn)品仍處于客戶(hù)送樣驗(yàn)證及小批量出貨階段，對(duì)業(yè)績(jī)的影響還很小。

如今，硅光模塊在速度、能耗、成本等方面將全面超越普通光模塊。隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的進(jìn)一步拓展，數(shù)據(jù)傳輸需求不斷增長(zhǎng)，400G硅光模塊的高速率市場(chǎng)正在逐步打開(kāi)。未來(lái)，硅光子的主要技術(shù)演進(jìn)將集中在更高集成度，800G硅光模塊將成為未來(lái)幾年的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。

國(guó)產(chǎn)硅光芯片彎道超車(chē)

中國(guó)在光芯片方面取得快速進(jìn)展，在于中國(guó)基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)扎實(shí)，去年中國(guó)就已籌建全球第一條光子芯片生產(chǎn)線(xiàn)，在光子芯片方面的技術(shù)積累，讓國(guó)內(nèi)的芯片研發(fā)機(jī)構(gòu)得以率先研發(fā)成功硅光芯片并應(yīng)用于AI計(jì)算領(lǐng)域。

對(duì)中國(guó)芯片行業(yè)來(lái)說(shuō)，研發(fā)硅光芯片還有助于打破當(dāng)下光刻機(jī)受制于ASML的問(wèn)題，由于美國(guó)的蠻橫，ASML至今無(wú)法對(duì)中國(guó)出售先進(jìn)的EUV光刻機(jī)，這也導(dǎo)致中國(guó)在先進(jìn)芯片工藝研發(fā)方面受阻，而研發(fā)光子芯片可以繞開(kāi)光刻機(jī)的限制，此外國(guó)內(nèi)在量子芯片方面也已取得了快速進(jìn)展。

對(duì)于中國(guó)研發(fā)先進(jìn)芯片，其實(shí)美國(guó)富豪比爾蓋茨早有預(yù)言，比爾蓋茨認(rèn)為美國(guó)的做法無(wú)法阻止中國(guó)研發(fā)先進(jìn)芯片，反而會(huì)導(dǎo)致美國(guó)芯片行業(yè)蒙受巨大的損失，從2022年至今中國(guó)進(jìn)口的芯片減少了近1400億顆，而美國(guó)芯片企業(yè)則出現(xiàn)了業(yè)績(jī)大跌，其中更已有四家芯片企業(yè)陷入虧損，印證了比爾蓋茨的預(yù)言。

今年5月份美國(guó)GPU芯片巨頭NVIDIA的創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛也說(shuō)了表達(dá)了類(lèi)似的觀點(diǎn)，黃仁勛認(rèn)為限制無(wú)助于遏制中國(guó)研發(fā)先進(jìn)芯片，而中國(guó)恰恰已出現(xiàn)了諸多GPU芯片企業(yè)，一些中國(guó)GPU芯片企業(yè)表示他們的GPU芯片性能在部分參數(shù)方面已媲美NVIDIA。

為了避免中國(guó)的GPU芯片企業(yè)獨(dú)占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)獲得更多收入，加速技術(shù)研發(fā)，縮短與NVIDIA的技術(shù)差距，NVIDIA已先后將兩顆高端芯片A100和H100為中國(guó)市場(chǎng)定制A800、H800芯片，確保NVIDIA繼續(xù)從中國(guó)市場(chǎng)獲取收入，壓制中國(guó)本土的GPU芯片企業(yè)。

如今中科院另辟蹊徑研發(fā)先進(jìn)的硅光芯片，并將至應(yīng)用于AI芯片，為中國(guó)的AI芯片打開(kāi)了局面，美國(guó)意圖通過(guò)限制對(duì)中國(guó)供應(yīng)先進(jìn)的芯片設(shè)備來(lái)阻止中國(guó)發(fā)展先進(jìn)芯片已成空，相信中科院取得的突破將激勵(lì)中國(guó)芯片行業(yè)加快技術(shù)研發(fā)，在更多技術(shù)方面破局。