光芯片步入“黃金時(shí)代”

  ICC訊  曾在與電子芯片競爭中落后的光子芯片，正在崛起。

  近段時(shí)間以來，英特爾和英偉達(dá)投資Ayar Labs，華為入股微源光子及長光華芯，格芯推出新硅光子技術(shù)，新思科技成立OpenLight公司等等，頭部大廠一系列舉動都正在將行業(yè)目光聚焦到“光芯片”賽道。

  隨著5G、AIoT、云計(jì)算等各項(xiàng)應(yīng)用的逐步落地，對數(shù)據(jù)傳輸提出了更高的要求。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心光電轉(zhuǎn)換必需的器件——光模塊迎來了爆發(fā)式增長。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在多平面網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的，新一代數(shù)據(jù)中心對光模塊的需求量增加了65倍。

  LightCounting的預(yù)測顯示，全球光模塊的市場規(guī)模將在未來5年以CAGR 14%保持增長，預(yù)計(jì)2026年達(dá)到176億美元。

  全球光模塊細(xì)分市場規(guī)模及預(yù)測

  (圖源：LightCounting)

  其中，光芯片的性能直接決定光模塊的傳輸速率，是產(chǎn)業(yè)鏈核心之一。以光通信產(chǎn)業(yè)鏈為例，光芯片位于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的頂端，占據(jù)光模塊成本的50%以上，是整個(gè)光通訊產(chǎn)業(yè)鏈條中技術(shù)最復(fù)雜、價(jià)值最高的環(huán)節(jié)。

  光通信產(chǎn)業(yè)鏈

  光芯片迎來發(fā)展機(jī)遇

  半個(gè)世紀(jì)以來，微電子技術(shù)大致遵循著“摩爾定律”快速發(fā)展，隨著信息技術(shù)的不斷拓寬和深入，芯片的工藝制程已減小到?5nm?以下，但由此帶來的串?dāng)_、發(fā)熱和高功耗問題愈發(fā)成為微電子技術(shù)難以解決的瓶頸。

  同時(shí)，在現(xiàn)有馮諾依曼計(jì)算系統(tǒng)采用存儲和運(yùn)算分離的架構(gòu)下，存在“存儲墻”與“功耗墻”瓶頸，嚴(yán)重制約系統(tǒng)算力和能效的提升。此外，處理器與內(nèi)存之間、處理器與處理器之間信息交互的速度嚴(yán)重滯后于處理器計(jì)算速度，訪存與I/O瓶頸導(dǎo)致處理器計(jì)算性能有時(shí)只能發(fā)揮出10%，這對計(jì)算發(fā)展形成了極大制約。

  電子芯片的發(fā)展逼近摩爾定律極限，繼續(xù)在電子計(jì)算技術(shù)范式上尋求突破口步履維艱。在面向“后摩爾時(shí)代”的潛在顛覆性技術(shù)里，光芯片已進(jìn)入人們的視野。

  光芯片，一般是由化合物半導(dǎo)體材料(InP和GaAs等)所制造，通過內(nèi)部能級躍遷過程伴隨的光子的產(chǎn)生和吸收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光電信號的相互轉(zhuǎn)換。

  微電子芯片采用電流信號來作為信息的載體，而光子芯片則采用頻率更高的光波來作為信息載體。相比于電子集成電路或電互聯(lián)技術(shù)，光芯片展現(xiàn)出了更低的傳輸損耗 、更寬的傳輸帶寬、更小的時(shí)間延遲、以及更強(qiáng)的抗電磁干擾能力。

  此外，光互聯(lián)還可以通過使用多種復(fù)用方式(例如波分復(fù)用WDM、模分互用MDM等)來提高傳輸媒質(zhì)內(nèi)的通信容量。因此，建立在集成光路基礎(chǔ)上的片上光互聯(lián)被認(rèn)為是一種極具潛力的技術(shù)，能夠有效突破傳統(tǒng)集成電路物理極限上的瓶頸。

  光子芯片展望

  回顧光芯片發(fā)展歷程，早在1969年美國的貝爾實(shí)驗(yàn)室就已經(jīng)提出了集成光學(xué)的概念。但因技術(shù)和商用化方面的原因，直到21世紀(jì)初，以Intel和IBM為首的企業(yè)與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)才開始重點(diǎn)發(fā)展硅芯片光學(xué)信號傳輸技術(shù)，期望能用光通路取代芯片之間的數(shù)據(jù)電路。

  近年來隨著技術(shù)的發(fā)展，包括硅、氮化硅、磷化銦、III-V族化合物、鈮酸鋰、聚合物等多種材料體系已被用于研發(fā)單片集成或混合集成的光子芯片。

  在過去數(shù)年里，光子集成技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)取得了許多進(jìn)展和突破。

  據(jù)了解，目前純光子器件已能作為獨(dú)立的功能模塊使用，但是，由于光子本身難以靈活控制光路開關(guān)，也不能作為類似微電子器件的存儲單元，純光子器件自身難以實(shí)現(xiàn)完整的信息處理功能，依然需借助電子器件實(shí)現(xiàn)。因此，完美意義上的純“光子芯片”仍處于概念階段，尚未形成可實(shí)用的系統(tǒng)。嚴(yán)格意義上講，當(dāng)前的“光子芯片”應(yīng)該是指集成了光子器件或光子功能單元的光電融合芯片，仍存在無法高密度集成光源、集成低損耗高速光電調(diào)制器等問題。

  光子集成電路雖然目前仍處于初級發(fā)展階段，不過其成為光器件的主流發(fā)展趨勢已成必然。光子芯片需要與成熟的電子芯片技術(shù)融合，運(yùn)用電子芯片先進(jìn)的制造工藝及模塊化技術(shù)，結(jié)合光子和電子優(yōu)勢的硅光技術(shù)將是未來的主流形態(tài)。

  硅基光電子集成芯片概念圖

  高速數(shù)據(jù)處理和傳輸構(gòu)成了現(xiàn)代計(jì)算系統(tǒng)的兩大支柱，而光芯片將信息和傳輸和計(jì)算提供一個(gè)重要的連接平臺，可以大幅降低信息連接所需的成本、復(fù)雜性和功率損耗。隨著光芯片技術(shù)的發(fā)展迭代，大型云計(jì)算廠商和一些企業(yè)客戶的需求都在從100G過渡到400G，400GbE的數(shù)據(jù)通信模塊出貨量翻了一倍，在2021年達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的水平。

  由此可見，光器件行業(yè)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈都在持續(xù)向滿足更高速率、更低功耗、更低成本等方向演進(jìn)升級，800G及更高速率產(chǎn)品也逐漸開始使用，不同細(xì)分領(lǐng)域都面臨新技術(shù)的迭代和升級。

  迄今為止，硅光子商業(yè)化較為成熟的領(lǐng)域主要在于數(shù)據(jù)中心、高性能數(shù)據(jù)交換、長距離互聯(lián)、5G基礎(chǔ)設(shè)施等光連接領(lǐng)域，800G及以后硅光模塊性價(jià)比較為突出。此外，Yole認(rèn)為未來幾年內(nèi)增長最快的將是汽車激光雷達(dá)、消費(fèi)者健康和光子計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用。

  光芯片賽道“高手云集”

  光芯片的廣闊市場前景自然吸引了眾多廠商“搶食”。

  從市場格局來看，美國是硅光子領(lǐng)域起步最早也是發(fā)展最好的國家，1991年美國便成立了“美國光電子產(chǎn)業(yè)振興會”，以引導(dǎo)資本和各方力量進(jìn)入光電子領(lǐng)域。2014年，美國又建立了“國家光子計(jì)劃”產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，明確將支持發(fā)展光學(xué)與光子基礎(chǔ)研究與早期應(yīng)用研究計(jì)劃開發(fā)。

  歐洲和日本也在跟進(jìn)，中國大概在2010年以后開始入局光芯片賽道。另外，新加坡的IME也是較早建立硅光子工藝的平臺之一，為行業(yè)的發(fā)展作出了不小的貢獻(xiàn)。

  從當(dāng)前產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)展看，全球光芯片產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)逐漸成熟，從基礎(chǔ)研發(fā)到制造工藝再到商業(yè)應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)均有代表性企業(yè)。其中以英特爾、思科、英偉達(dá)、格芯等為代表的企業(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。

  英特爾：光芯片賽道“領(lǐng)頭羊”

  雖然是貝爾實(shí)驗(yàn)室提出的光芯片技術(shù)的概念，但將其發(fā)揚(yáng)光大的卻是英特爾。

  英特爾從20多年前就開始進(jìn)行硅光子學(xué)研究，直到2016年才將其第一批硅光子光學(xué)收發(fā)器投入使用，標(biāo)志著光子集成真正進(jìn)入到主流應(yīng)用領(lǐng)域。

  英特爾第一個(gè)產(chǎn)品是100G PSM4 QSFP，在并行單模光纖上具有2公里的距離，并且在發(fā)射器芯片上具有磷化銦層，實(shí)現(xiàn)了四個(gè)混合激光器和用于將電信號轉(zhuǎn)換為光的調(diào)制器和光電檢測器以將光轉(zhuǎn)換為電信號。該方案通過提供快速、可靠和經(jīng)濟(jì)高效的連接能力而提供巨大的價(jià)值。

  2017年下半年英特爾開始大批量供應(yīng)100G產(chǎn)品;2018年英特爾將其100G硅光收發(fā)器產(chǎn)品組合擴(kuò)展到數(shù)據(jù)中心之外進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)邊緣，公布了為加速新的5G應(yīng)用場景和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移而優(yōu)化的新硅光產(chǎn)品;同年，英特爾還展示出了其400G硅光能力;2020年英特爾開始開發(fā)其200G FR4和400G DR4光學(xué)收發(fā)器...

  據(jù)知乎博主“溜達(dá)兔”介紹，從2016年英特爾將其硅光子產(chǎn)品“100G PSM4”投入商用起，截止目前，英特爾已經(jīng)為客戶提供了超過400萬個(gè)100G的硅光子產(chǎn)品。而在2020年的英特爾研究院開放日活動上，英特爾又提出了“集成光電”愿景，即將光互連I/O直接集成到服務(wù)器和封裝中，對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行革新，實(shí)現(xiàn)1000倍提升，同時(shí)降低成本。

  在高速網(wǎng)絡(luò)交換芯片市場，英特爾正在力推Tofino方案，其中包括了自研的硅光子技術(shù)和高級封裝技術(shù)，即光電共封技術(shù)(co-packaged，CPO)。

  光電共封就是把將光芯片和電芯片(交換芯片)焊接在同一個(gè)基板上，芯片之間采用光連接，對于高速芯片來說，可以解決功耗，散熱，和端口密度等問題。英特爾為可編程以太網(wǎng)交換機(jī)芯片技術(shù)而收購Barefoot時(shí)，顯然也是考慮到了光電共封CPO技術(shù)。

  目前，英特爾已經(jīng)能做到在CMOS芯片緊密集成的單一技術(shù)平臺上，將多波長激光器、半導(dǎo)體光學(xué)放大器、全硅光電檢測器以及微型環(huán)調(diào)制器集成到一起，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)集成光子器件模塊芯片的量產(chǎn)應(yīng)用。

  在今年OFC會議上，英特爾展示了其可靠的InP激光器、240Gbps的微環(huán)調(diào)制器及其控制電路。在這些核心IP的基礎(chǔ)上，英特爾演示了800G的硅光發(fā)送器，并展示了其在CPO與Optical I/O的布局，三個(gè)方向都在穩(wěn)步向前推進(jìn)。

  英特爾800G硅光模塊示意圖

  綜合來看，英特爾在硅光產(chǎn)品線的整體布局如下圖所示，包括Transceiver, CPO和Opitcal I/O，其帶寬與能效比也是逐步提升。

  相對于其他采用代工廠的品牌來說，英特爾的優(yōu)勢還在于其一直走的都是一體化IDM模式，按照英特爾的說法，“英特爾是唯一一家在軟件、硅和平臺、封裝和工藝方面具有深度和廣度的公司?！?

  此外，對高塔半導(dǎo)體(Tower Semiconductor)的收購又填補(bǔ)了英特爾在光子芯片領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力。今年1月份，高塔半導(dǎo)體聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備公司瞻博網(wǎng)絡(luò)(Juniper Networks)推出硅光子代工工藝，可將III-V族激光器、半導(dǎo)體光放大器(SOA)、電吸收調(diào)制器(EAM)和光電探測器與硅光子器件共同集成在一顆單芯片上，構(gòu)成尺寸更小、具有更多通道數(shù)且更節(jié)能的光學(xué)架構(gòu)和解決方案。

  憑借英特爾在硅光子工藝和封裝技術(shù)領(lǐng)域的積累，未來或?qū)蔀樵擃I(lǐng)域的有力競爭者。

  Ayar Labs：光芯片賽道明星初創(chuàng)公司

  除了自研之外，英特爾還在持續(xù)入股相關(guān)公司。近期投資了光芯片行業(yè)明星初創(chuàng)企業(yè)Ayar Labs。

  據(jù)介紹，Ayar Labs的光學(xué)I/O解決方案消除了與系統(tǒng)帶寬、功耗、延遲和范圍相關(guān)的瓶頸，顯著改進(jìn)了現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)，并為人工智能、高性能計(jì)算、云、電信、航空航天和遙感應(yīng)用。據(jù)透露，Ayar Labs已經(jīng)批量出貨了第一批產(chǎn)品，預(yù)計(jì)到今年年底將出貨數(shù)千個(gè)封裝內(nèi)的光學(xué)互連芯片。

  Ayar Labs的專利技術(shù)采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的硅加工工藝，開發(fā)了高速、高密度、低功耗的光互連芯片和激光器，以取代傳統(tǒng)的電學(xué)I/O互連。Ayar Labs的高度差異化技術(shù)對于支持未來的高性能計(jì)算架構(gòu)至關(guān)重要。

  此外，為Ayar打開錢包的還有英偉達(dá)、惠普、應(yīng)用材料以及芯片制造商格芯等科技公司和十幾家投資公司的支持，Ayar與格芯攜手開發(fā)了許多關(guān)鍵封裝技術(shù)，其中包括銅柱技術(shù)和V型槽光纖連接技術(shù)等。

  博通：CPO技術(shù)競爭愈發(fā)激烈

  博通(Broadcom)是全球領(lǐng)先的有線和無線通信半導(dǎo)體公司，也是VCSEL芯片的主要供應(yīng)商之一。在光學(xué)數(shù)據(jù)通訊市場產(chǎn)品供應(yīng)豐富，包括光纖接收器、嵌入式光學(xué)模組以及自適應(yīng)光纜等。

  博通去年初發(fā)布了兩款支持光電共封(Co-Packaged Optics簡稱CPO)技術(shù)的下一代交換ASIC芯片概念，首款25.6Tb Humboldt芯片預(yù)計(jì)在2022年年底推出，51.2Tbps芯片Bailly則將于2023年后發(fā)布。博通同時(shí)宣布計(jì)劃推出基于硅光技術(shù)的支持與DSP合封的800G DR8 可插拔光模塊，以及下一步與CPU和GPU共封的計(jì)劃。

  可以看到，在頂級高端交換芯片領(lǐng)域的光電共封CPO技術(shù)的競爭將越來越激烈。

  思科：收購入局

  思科于2012年、2019年收購Lightwire、Luxtera(硅光市占率35%)及Acacia公司，快速布局硅光領(lǐng)域，成為了收發(fā)器、交換機(jī)和通用共同封裝光學(xué)器件硅光子學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。

  目前思科使用臺積電來滿足他們的一些光子學(xué)需求，思科還與英特爾、格芯在制造方面建立了合作伙伴關(guān)系。

  Lightwire在CMOS纖維光學(xué)和封裝設(shè)計(jì)方面擁有專業(yè)優(yōu)勢，通過將多種高速主動和被動光纖功能整合到一小塊硅基片上的方式在光纖互聯(lián)領(lǐng)域取得一些創(chuàng)新成果;

  Luxtera曾研發(fā)世界第一款CMOS光子器件，為最早推出商用級硅光集成產(chǎn)品的廠商之一，2015年發(fā)布100G PSM4硅光子芯片;

  Acacia 400G硅光模塊方案主要是將分離光器件集成為硅光芯片的基礎(chǔ)上再與自研DSP電芯片互聯(lián)，最終外接激光器進(jìn)行封裝，已于2020年開始送樣給客戶。

  英偉達(dá)：以光器件破局

  由于收購了Mellanox，英偉達(dá)成為了頂級網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商。此外，英偉達(dá)還收購了一些光子學(xué)公司，包括瑞典的OptiGOT，同時(shí)還為Infiniband網(wǎng)絡(luò)中使用的光子收發(fā)器進(jìn)行了一些設(shè)計(jì)。英偉達(dá)擁有用于交換機(jī)的完整IP陣列，由于其作為AI訓(xùn)練和加速計(jì)算的領(lǐng)先公司，他們遇到了與計(jì)算應(yīng)用程序相關(guān)的最難的I/O功率擴(kuò)展問題。

  由于新的人工智能模型在參數(shù)數(shù)量上的爆炸式增長，英偉達(dá)在性能和功率方面陷入了困境，需要共同封裝的光學(xué)器件才能繼續(xù)在AI中擴(kuò)展。

  英偉達(dá)之前曾提出過與共封裝光子學(xué)相關(guān)的研究，直到2019年英偉達(dá)宣布以69億美元的價(jià)格收購光纖互連領(lǐng)軍者M(jìn)ellanox。于Mellanox在2013年收購Kotura時(shí)所獲得的技術(shù)，此次交易將為英偉達(dá)帶來硅光子產(chǎn)品組合，使數(shù)據(jù)處理和互連構(gòu)成同一解決方案的組成部分。

  格芯：光子技術(shù)代工“佼佼者”

  在工藝方面，格芯(GlobalFoundries)是硅光子技術(shù)方面的投入程度可能是幾家主流代工廠中最積極的。

  格芯從數(shù)年前就開始積極布局，目前能提供先進(jìn)的硅光子工藝平臺，包括各種光波導(dǎo)、相移器、極化器、光二極管等等，除了硅光子工藝之外，格芯還提供高級封裝選項(xiàng)，幫助客戶實(shí)現(xiàn)CPO技術(shù)。

  前不久，格芯推出新一代硅光子平臺Fotonix，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)復(fù)雜工藝整合至單個(gè)芯片的功能，把光子系統(tǒng)、射頻組件和CMOS集成到同一塊芯片上。格芯將300mm光子學(xué)特性和300Ghz級別的RF-CMOS工藝集成到硅片上的平臺，可以提供一流、大規(guī)模的性能。

  據(jù)公布資料顯示，目前其Fotonix平臺的客戶包括Broadcom、Marvell、Nvidia、Synopsys、Cisco等硅光子領(lǐng)域的重要廠商，以及 Ayar Labs、Lightmatter、PsiQuantum、Ranovus 和 Xanadu 等光子技術(shù)廠商，未來前景大有可觀。

  GF Fotonix 解決方案將在格芯位于紐約州馬耳他的先進(jìn)制造廠中生產(chǎn)，為客戶提供參考設(shè)計(jì)套件、MPW、測試、晶圓廠前端和后端服務(wù)、交鑰匙和半導(dǎo)體制造服務(wù)，幫助客戶更快地將產(chǎn)品推向市場。格芯允許客戶在芯片上封裝更多產(chǎn)品功能并“簡化他們的材料清單”，GF Fotonix 也支持各種芯片封裝解決方案，包括用于更大光纖陣列的無源附件、2.5D 封裝和片上激光器。

  格芯是目前唯一能提供 300mm 單芯片硅光解決方案的純晶圓代工廠，該解決方案展示了出色的單位光纖數(shù)據(jù)傳輸速率(0.5Tbps/光纖)。這樣可以構(gòu)建 1.6-3.2Tbps 的光學(xué)小芯片，從而提供更快速高效的數(shù)據(jù)傳輸，并帶來更好的信號完整性。此外，由于系統(tǒng)誤碼率降低到了萬分之一，它還能夠支持下一代人工智能。

  Ayar Labs 首席執(zhí)行官 Charles Wuischpard 也指出，在創(chuàng)立早期就已經(jīng)與格芯在 GF Fotonix 開發(fā)方面展開合作，從集成 PDK 和工藝優(yōu)化，到展示第一顆可以工作芯片，Ayar Labs 的單芯片電子/光子解決方案與 GF Fotonix 相結(jié)合，打開了芯片之間的光學(xué) I/O 市場的巨大的機(jī)遇，為年底之前批量生產(chǎn)做好了準(zhǔn)備。

  除了格芯外，高塔半導(dǎo)體推出了PH18DA制造工藝，能夠降低成本，提高功率效率，并簡化封裝;臺積電也推出了用于硅光子芯片的先進(jìn)封裝技術(shù)——COUPE(緊湊型通用光子引擎)異構(gòu)集成技術(shù)。但相比起定位于全球領(lǐng)先的硅光子代工廠的格芯和擁有自己硅光代工平臺的英特爾，其它代工廠商的布局仍稍顯不足。

  新思科技：生態(tài)系統(tǒng)的“加速器”

  由于涉及大量復(fù)雜的混合信號，光子代工過程非常困難，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的工作原理也非常困難。Synopsys、Cadence和Ansys等廠商與制造廠合作進(jìn)行PDK開發(fā)和仿真是創(chuàng)建強(qiáng)大的設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵。

  以新思科技(Synopsys)為例，其光電統(tǒng)一的芯片設(shè)計(jì)解決方案 OptoCompiler 可助力開發(fā)者更好地在 硅光平臺上進(jìn)行創(chuàng)新，可為光子芯片提供完整的端到端設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和簽核解決方案。OptoCompiler 將成熟的專用光子技術(shù)與業(yè)界領(lǐng)先的仿真和物理驗(yàn)證工具相結(jié)合，開發(fā)者能夠?qū)?fù)雜的光子芯片進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

  近期，新思科技與瞻博網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合成立了面向硅光子市場的 OpenLight 公司，旨在加速高性能光子集成電路的開發(fā)，OpenLight將其激光集成作為其技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢，希望能夠吸引那些希望為硅光子應(yīng)用生產(chǎn)芯片的客戶。

  OpenLight技術(shù)已通過Tower Semiconductor的PH18DA制造工藝的資格和可靠性測試，通過將用于半導(dǎo)體激光器的磷化銦材料直接加工到硅光子芯片上。

  中國光芯片產(chǎn)業(yè)的進(jìn)展與出路

  反觀國內(nèi)市場，近些年在下游需求大幅擴(kuò)張的帶動下，國內(nèi)廠商通過技術(shù)研發(fā)、對外收購等多種方式嘗試打造中國的光芯片產(chǎn)業(yè)。

  工信部2017年底發(fā)布的《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖(2018—2022年)》指出，目前高速率光芯片國產(chǎn)化率僅3%左右，要求2022年中低端光電子芯片的國產(chǎn)化率超過60%，高端光電子芯片國產(chǎn)化率突破20%。

  資料來源：中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖(2018-2022年)

  從上圖可以看到，國產(chǎn)高端光芯片的缺失給行業(yè)帶來了巨大發(fā)展機(jī)會。在政策支持下，我國光芯片行業(yè)發(fā)展迅速。尤其近年來，國際局勢不穩(wěn)，國外斷供國內(nèi)芯片的事件頻頻發(fā)生，國產(chǎn)替代也便成為了近年國內(nèi)半導(dǎo)體業(yè)界的熱門話題，依靠國內(nèi)部分光芯片龍頭企業(yè)的不斷發(fā)力，在50G/400G等PAM4光模塊產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較大突破，已先后推出了50G QSFP28 PAM4 LR、400G QSFP-DDSR8等產(chǎn)品，后續(xù)50G QSFP28 BIDI/ER以及400G QSFP-DD DR4/FR4也將陸續(xù)發(fā)布。

  據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前本土光芯片/光模塊廠商主要有：芯思杰、瑞識科技、新亮智能、度亙激光、長瑞光電、立芯光電、源杰半導(dǎo)體、銳晶激光、索爾思光電、長光華芯、華工科技、光迅科技、新易盛、云嶺光電、敏芯半導(dǎo)體、博創(chuàng)科技、中際旭創(chuàng)、縱慧芯光、曦智科技、劍橋科技、凌越光電、盛為芯等企業(yè)。

  此外，國內(nèi)通信龍頭企業(yè)華為也在積極布局光芯片賽道。

  據(jù)投資界信息，2012年，華為收購英國集成光子研究中心CIP Technologies，開啟了光芯片領(lǐng)域的探索;次年，華為又出手收購一家比利時(shí)硅光技術(shù)開發(fā)商Caliopa，完善自身在光芯片領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力。

  而后自2019年下半年開始，華為再次集中投資光電芯片企業(yè)，一度掀起國內(nèi)光芯片投資熱潮。今年3月，華為又投了另一家光電芯片企業(yè)——縱慧芯光。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至目前，華為投資布局版圖涉及十余家光芯片產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)。

  2020年2月，華為還在倫敦發(fā)布了800G可調(diào)超高速光模塊。據(jù)介紹，該產(chǎn)品支持200G-800G速率靈活調(diào)節(jié);單纖容量達(dá)到48T，對比業(yè)界方案高出40%;基于華為信道匹配算法，傳輸距離相比業(yè)界提升20%。這款產(chǎn)品被應(yīng)用在全系列的華為OptiXtrans光傳送產(chǎn)品中，是華為光網(wǎng)絡(luò)頂級競爭力的重要組成部分。

  去年4月，華為還公布了一項(xiàng)關(guān)于光學(xué)芯片的專利，名為“耦合光的光學(xué)芯片及制造方法”，專利中不僅提供了一種用于在光學(xué)芯片與另一光學(xué)器件之間耦合光的光學(xué)芯片，同時(shí)還提供了制造這種光學(xué)芯片的方法，甚至還包含了對晶圓的切割、蝕刻。

  一系列動作也能看到華為在光芯片賽道的專注與堅(jiān)持。換句話說，華為確信光芯片是未來數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)之光。

  雖然國產(chǎn)廠商進(jìn)入該領(lǐng)域較晚，市場份額相對較小。但是通過近年來在技術(shù)上的快速追趕，國內(nèi)已經(jīng)掌握光芯片核心技術(shù)的廠商隊(duì)伍不斷壯大，與國外廠商在技術(shù)上的差距已經(jīng)是越來越小。

  據(jù)維科網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究中心的統(tǒng)計(jì)，過去八年間，國內(nèi)光芯片市場規(guī)模已經(jīng)從8億美元攀升至20.8億美元，年均復(fù)合增長率約17.3%。同時(shí)，根據(jù)我國在5G、數(shù)據(jù)中心、“西數(shù)東算”、“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，預(yù)計(jì)2022年國內(nèi)光芯片市場規(guī)模有望進(jìn)一步擴(kuò)大至24億美元。

  對我國而言，既要在傳統(tǒng)賽道電子芯片領(lǐng)域盡快補(bǔ)短板，也要盡早在光子芯片等新賽道布局發(fā)力。雙管齊下，努力抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的機(jī)遇。

  寫在最后

  光芯片，已成為當(dāng)前業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)，也是創(chuàng)投圈最吸金的賽道之一。

  隨著摩爾定律腳步的放緩，探索新的技術(shù)已經(jīng)成為目前半導(dǎo)體領(lǐng)域的關(guān)鍵任務(wù)。將光子和集成電路的電子結(jié)合在一起，甚至是用光子替代電子形成“片上光互聯(lián)”，以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有光模塊產(chǎn)業(yè)鏈的重塑，正成為半導(dǎo)體行業(yè)數(shù)個(gè)“顛覆式創(chuàng)新”中的重要方向之一。

  正如陜西光電子先導(dǎo)院執(zhí)行院長米磊所言：“迎著智能化曙光，未來將掀起光子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的革命，類似于從電子工業(yè)的晶體管邁入集成電路時(shí)代的技術(shù)革命，集成光路將是半導(dǎo)體領(lǐng)域60年一遇的“換道超車”的重要機(jī)遇?！?

  本文轉(zhuǎn)載自：半導(dǎo)體行業(yè)觀察 作者：李晨光