近段时刻以来，英特尔和英伟达出资Ayar Labs，华为入股微源光子及长光华芯，格芯推出新硅光子技能，新思科技树立OpenLight公司等等，头部大厂一系列行为都正在将职业目光聚集到“光芯片”赛道。

　　跟着5G、AIoT、云核算等各项运用的逐渐落地，对数据传输提出了更高的要求。与此一同，数据中心光电转化必需的器材——光模块迎来了爆发式增加。稀有据计算，在多平面网络架构下的，新一代数据中心对光模块的需求量增加了65倍。

　　LightCounting的猜测显现，全球光模块的商场规模将在未来5年以CAGR 14%坚持增加，估计2026年到达176亿美元。

　　其间，光芯片的功用直接决议光模块的传输速率，是工业链中心之一。以光通讯工业链为例，光芯片坐落整个工业链的顶端，占有光模块本钱的50%以上，是整个光通讯工业链条中技能最杂乱、价值最高的环节。

　　半个世纪以来，微电子技能大致遵从着“摩尔定律”快速开展，跟着信息技能的不断拓宽和深化，芯片的工艺制程已减小到 5nm 以下，但由此带来的串扰、发热和高功耗问题益发成为微电子技能难以处理的瓶颈。

　　一同，在现有冯诺依曼核算体系选用存储和运算别离的架构下，存在“存储墙”与“功耗墙”瓶颈，严峻限制体系算力和能效的进步。此外，处理器与内存之间、处理器与处理器之间信息交互的速度严峻滞后于处理器核算速度，访存与I/O瓶颈导致处理器核算功用有时只能发挥出10%，这对核算开展构成了极大限制。

　　电子芯片的开展迫临摩尔定律极限，持续在电子核算技能范式上寻求打破口步履维艰。在面向“后摩尔年代”的潜在推翻性技能里，光芯片已进入人们的视界。

　　光芯片，一般是由化合物半导体资料（InP和GaAs等）所制作，经过内部能级跃迁进程随同的光子的产生和吸收，然后完成光电信号的彼此转化。

　　微电子芯片选用电流信号来作为信息的载体，而光子芯片则选用频率更高的光波来作为信息载体。比较于电子集成电路或电互联技能，光芯片展现出了更低的传输损耗 、更宽的传输带宽、更小的时刻推迟、以及更强的抗电磁干扰才干。

　　此外，光互联还能够经过运用多种复用办法（例如波分复用WDM、模分互用MDM等）来进步传输媒质内的通讯容量。因而，树立在集成光路根底上的片上光互联被以为是一种极具潜力的技能，能够有用打破传统集成电路物理极限上的瓶颈。

　　回忆光芯片开展进程，早在1969年美国的贝尔实验室就现已提出了集成光学的概念。但因技能和商用化方面的原因，直到21世纪初，以Intel和IBM为首的企业与学术组织才开端要点开展硅芯片光学信号传输技能，期望能用光通路代替芯片之间的数据电路。

　　近年来跟着技能的开展，包含硅、氮化硅、磷化铟、III-V族化合物、铌酸锂、聚合物等多种资料体系已被用于研制单片集成或混合集成的光子芯片。

　　据了解，现在纯光子器材已能作为独立的功用模块运用，可是，因为光子本身难以灵敏操控光路开关，也不能作为相似微电子器材的存储单元，纯光子器材本身难以完成完好的信息处理功用，仍然需凭借电子器材完成。因而，完美意义上的纯“光子芯片”仍处于概念阶段，没有构成可有用的体系。严厉意义上讲，当时的“光子芯片”应该是指集成了光子器材或光子功用单元的光电交融芯片，仍存在无法高密度集成光源、集成低损耗高速光电调制器等问题。

　　光子集成电路尽管现在仍处于初级开展阶段，不过其成为光器材的干流开展趋势已成必定。光子芯片需求与老练的电子芯片技能交融，运用电子芯片先进的制作工艺及模块化技能，结合光子和电子优势的硅光技能将是未来的干流形状

　　高速数据处理和传输构成了现代核算体系的两大支柱，而光芯片将信息和传输和核算供给一个重要的衔接渠道，能够大幅下降信息衔接所需的本钱、杂乱性和功率损耗。跟着光芯片技能的开展迭代，大型云核算厂商和一些企业客户的需求都在从100G过渡到400G，400GbE的数据通讯模块出货量翻了一倍，在2021年到达创纪录的水平。

　　由此可见，光器材职业整个工业链都在持续向满意更高速率、更低功耗、更低本钱等方向演进晋级，800G及更高速率产品也逐渐开端运用，不同细分范畴都面对新技能的迭代和晋级。

　　迄今为止，硅光子商业化较为老练的范畴首要在于数据中心、高功用数据交流、长间隔互联、5G根底设施等光衔接范畴，800G及今后硅光模块性价比较为杰出。此外，Yole以为未来几年内增加最快的将是轿车激光雷达、顾客健康和光子核算范畴的运用。

　　从商场格式来看，美国是硅光子范畴起步最早也是开展最好的国家，1991年美国便树立了“美国光电子工业振兴会”，以引导本钱和各方力气进入光电子范畴。2014年，美国又树立了“国家光子计划”工业联盟，清晰将支撑开展光学与光子根底研讨与前期运用研讨计划开发。

　　欧洲和日本也在跟进，我国大概在2010年今后开端入局光芯片赛道。别的，新加坡的IME也是较早树立硅光子工艺的渠道之一，为职业的开展作出了不小的奉献。

　　从当时工业链发展看，全球光芯片工业链现已逐渐老练，从根底研制到制作工艺再到商业运用的各个环节均有代表性企业。其间以英特尔、思科、英伟达、格芯等为代表的企业占有了硅光芯片和模块出货量的大部分，成为业界领头羊。

　　英特尔从20多年前就开端进行硅光子学研讨，直到2016年才将其第一批硅光子光学收发器投入运用，标志着光子集成真实进入到干流运用范畴。

　　英特尔第一个产品是100G PSM4 QSFP，在并行单模光纤上具有2公里的间隔，并且在发射器芯片上具有磷化铟层，完成了四个混合激光器和用于将电信号转化为光的调制器和光电检测器以将光转化为电信号。该计划经过供给快速、牢靠和经济高效的衔接才干而供给巨大的价值。

　　2017年下半年英特尔开端大批量供给100G产品；2018年英特尔将其100G硅光收发器产品组合扩展到数据中心之外进入网络边际，发布了为加快新的5G运用场景和物联网运用产生的很多数据搬运而优化的新硅光产品；同年，英特尔还展现出了其400G硅光才干；2020年英特尔开端开发其200G FR4和400G DR4光学收发器...

　　据知乎博主“散步兔”介绍，从2016年英特尔将其硅光子产品“100G PSM4”投入商用起，截止现在，英特尔现已为客户供给了超越400万个100G的硅光子产品。而在2020年的英特尔研讨院敞开日活动上，英特尔又提出了“集成光电”愿景，行将光互连I/O直接集成到服务器和封装中，对数据中心进行改造，完成1000倍进步，一同下降本钱。

　　在高速网络交流芯片商场，英特尔正在力推Tofino计划，其间包含了自研的硅光子技能和高档封装技能，即光电共封技能(co-packaged，CPO）。

　　光电共封便是把将光芯片和电芯片(交流芯片)焊接在同一个基板上，芯片之间选用光衔接，关于高速芯片来说，能够处理功耗，散热，和端口密度等问题。英特尔为可编程以太网交流机芯片技能而收买Barefoot时，明显也是考虑到了光电共封CPO技能。

　　现在，英特尔现已能做到在CMOS芯片严密集成的单一技能渠道上，将多波长激光器、半导体光学放大器、全硅光电检测器以及微型环调制器集成到一同，现在现已完成集成光子器材模块芯片的量产运用。

　　在本年OFC会议上，英特尔展现了其牢靠的InP激光器、240Gbps的微环调制器及其操控电路。在这些中心IP的根底上，英特尔演示了800G的硅光发送器，并展现了其在CPO与Optical I/O的布局，三个方向都在稳步向前推动。

　　归纳来看，英特尔在硅光产品线的全体布局如下图所示，包含Transceiver, CPO和Opitcal I/O，其带宽与能效比也是逐渐进步。

　　相关于其他选用代工厂的品牌来说，英特尔的优势还在于其一直走的都是一体化IDM形式，依照英特尔的说法，“英特尔是仅有一家在软件、硅和渠道、封装和工艺方面具有深度和广度的公司。”

　　此外，对高塔半导体（Tower Semiconductor）的收买又填补了英特尔在光子芯片范畴的技能实力。本年1月份，高塔半导体联合网络通讯设备公司瞻博网络(Juniper Networks)推出硅光子代工工艺，可将III-V族激光器、半导体光放大器(SOA)、电吸收调制器(EAM)和光电探测器与硅光子器材一起集成在一颗单芯片上，构成尺度更小、具有更多通道数且更节能的光学架构和处理计划。

　　除了自研之外，英特尔还在持续入股相关公司。近期出资了光芯片职业明星草创企业Ayar Labs。

　　据介绍，Ayar Labs的光学I/O处理计划消除了与体系带宽、功耗、推迟和规模相关的瓶颈，明显改进了现有体系架构，并为人工智能、高功用核算、云、电信、航空航天和遥感运用。据泄漏，Ayar Labs现已批量出货了第一批产品，估计到本年年末将出货数千个封装内的光学互连芯片。

　　Ayar Labs的专利技能选用职业标准的硅加工工艺，开发了高速、高密度、低功耗的光互连芯片和激光器，以代替传统的电学I/O互连。Ayar Labs的高度差异化技能关于支撑未来的高功用核算架构至关重要。

　　此外，为Ayar翻开钱包的还有英伟达、惠普、运用资料以及芯片制作商格芯等科技公司和十几家出资公司的支撑，Ayar与格芯携手开发了许多要害封装技能，其间包含铜柱技能和V型槽光纤衔接技能等。

　　博通（Broadcom）是全球抢先的有线和无线通讯半导体公司，也是VCSEL芯片的首要供给商之一。在光学数据通讯商场产品供给丰厚，包含光纤接收器、嵌入式光学模组以及自适应光缆等。

　　博通上一年头发布了两款支撑光电共封（Co-Packaged Optics简称CPO）技能的下一代交流ASIC芯片概念，首款25.6Tb Humboldt芯片估计在2022年年末推出，51.2Tbps芯片Bailly则将于2023年后发布。博通一同宣告计划推出根据硅光技能的支撑与DSP合封的800G DR8 可插拔光模块，以及下一步与CPU和GPU共封的计划。

　　思科于2012年、2019年收买Lightwire、Luxtera(硅光市占率35%)及Acacia公司，快速布局硅光范畴，成为了收发器、交流机和通用一起封装光学器材硅光子学范畴的领导者。

　　现在思科运用台积电来满意他们的一些光子学需求，思科还与英特尔、格芯在制作方面树立了协作伙伴关系。

　　Lightwire在CMOS纤维光学和封装规划方面具有专业优势，经过将多种高速自动和被迫光纤功用整合到一小块硅基片上的办法在光纤互联范畴取得一些立异效果；

　　Luxtera曾研制国际第一款CMOS光子器材，为最早推出商用级硅光集成产品的厂商之一，2015年发布100G PSM4硅光子芯片；

　　Acacia 400G硅光模块计划首要是将别离光器材集成为硅光芯片的根底上再与自研DSP电芯片互联，终究外接激光器进行封装，已于2020年开端送样给客户。

　　因为收买了Mellanox，英伟到达为了尖端网络供给商。此外，英伟达还收买了一些光子学公司，包含瑞典的OptiGOT，一同还为Infiniband网络中运用的光子收发器进行了一些规划。英伟达具有用于交流机的完好IP阵列，因为其作为AI练习和加快核算的抢先公司，他们遇到了与核算运用程序相关的最难的I/O功率扩展问题。

　　因为新的人工智能模型在参数数量上的爆破式增加，英伟达在功用和功率方面陷入了窘境，需求一起封装的光学器材才干持续在AI中扩展。

　　英伟达之前曾提出过与共封装光子学相关的研讨，直到2019年英伟达宣告以69亿美元的价格收买光纤互连领军者Mellanox。于Mellanox在2013年收买Kotura时所取得的技能，此次买卖将为英伟达带来硅光子产品组合，使数据处理和互连构成同一处理计划的组成部分。

　　在工艺方面，格芯（GlobalFoundries）是硅光子技能方面的投入程度可能是几家干流代工厂中最活跃的。

　　格芯从数年前就开端活跃布局，现在能供给先进的硅光子工艺渠道，包含各种光波导、相移器、极化器、光二极管等等，除了硅光子工艺之外，格芯还供给高档封装选项，协助客户完成CPO技能。

　　前不久，格芯推出新一代硅光子渠道Fotonix，完成了多项杂乱工艺整合至单个芯片的功用，把光子体系、射频组件和CMOS集成到同一块芯片上。格芯将300mm光子学特性和300Ghz等级的RF-CMOS工艺集成到硅片上的渠道，能够供给一流、大规模的功用。

　　GF Fotonix 处理计划将在格芯坐落纽约州马耳他的先进制作厂中出产，为客户供给参阅规划套件、MPW、测验、晶圆厂前端和后端服务、交钥匙和半导体制作服务，协助客户更快地将产品推向商场。格芯答应客户在芯片上封装更多产品功用并“简化他们的资料清单”，GF Fotonix 也支撑各种芯片封装处理计划，包含用于更大光纤阵列的无源附件、2.5D 封装和片上激光器。

　　格芯是现在仅有能供给 300mm 单芯片硅光处理计划的纯晶圆代工厂，该处理计划展现了超卓的单位光纤数据传输速率（0.5Tbps/光纤）。这样能够构建 1.6-3.2Tbps 的光学小芯片，然后供给更快速高效的数据传输，并带来更好的信号完好性。此外，因为体系误码率下降到了万分之一，它还能够支撑下一代人工智能。

　　Ayar Labs 首席履行官 Charles Wuischpard 也指出，在创立前期就现已与格芯在 GF Fotonix 开发方面打开协作，从集成 PDK 和工艺优化，到展现第一颗能够作业芯片，Ayar Labs 的单芯片电子/光子处理计划与 GF Fotonix 相结合，翻开了芯片之间的光学 I/O 商场的巨大的机会，为年末之前批量出产做好了预备。

　　除了格芯外，高塔半导体推出了PH18DA制作工艺，能够下降本钱，进步功率功率，并简化封装；台积电也推出了用于硅光子芯片的先进封装技能——COUPE（紧凑型通用光子引擎）异构集成技能。但比较起定坐落全球抢先的硅光子代工厂的格芯和具有自己硅光代工渠道的英特尔，其它代工厂商的布局仍稍显缺乏。

　　因为触及很多杂乱的混合信号，光子代工进程十分困难，验证规划的作业原理也十分困难。Synopsys、Cadence和Ansys等厂商与制作厂协作进行PDK开发和仿真是创立强壮的规划生态体系的要害。

　　以新思科技（Synopsys）为例，其光电一致的芯片规划处理计划 OptoCompiler 可助力开发者更好地在 硅光渠道上进行立异，可为光子芯片供给完好的端到端规划、验证和签核处理计划。OptoCompiler 将老练的专用光子技能与业界抢先的仿真和物理验证东西相结合，开发者能够对杂乱的光子芯片进行快速、精确的规划和验证。

　　近期，新思科技与瞻博网络联合树立了面向硅光子商场的 OpenLight 公司，旨在加快高功用光子集成电路的开发，OpenLight将其激光集成作为其技能的一个要害优势，期望能够招引那些期望为硅光子运用出产芯片的客户。

　　OpenLight技能现已过Tower Semiconductor的PH18DA制作工艺的资历和牢靠性测验，经过将用于半导体激光器的磷化铟资料直接加工到硅光子芯片上。

　　反观国内商场，近些年在下流需求大幅扩张的带动下，国内厂商经过技能研制、对外收买等多种办法测验打造我国的光芯片工业。

　　工信部2017年末发布的《我国光电子器材工业技能开展道路年）》指出，现在高速率光芯片国产化率仅3%左右，要求2022年中低端光电子芯片的国产化率超越60%，高端光电子芯片国产化率打破20%。

　　从上图能够看到，国产高端光芯片的缺失给职业带来了巨大开展机会。在方针支撑下，我国光芯片职业开展迅速。特别近年来，国际局势不稳，国外断供国内芯片的事情一再产生，国产代替也便成为了近年国内半导体业界的热门话题，依托国内部分光芯片龙头企业的不断发力，在50G/400G等PAM4光模块产品现已完成了较大打破，已先后推出了50G QSFP28 PAM4 LR、400G QSFP-DDSR8等产品，后续50G QSFP28 BIDI/ER以及400G QSFP-DD DR4/FR4也将连续发布。

　　据不完全计算，现在本乡光芯片/光模块厂商首要有：芯思杰、瑞识科技、新亮智能、度亘激光、长瑞光电、立芯光电、源杰半导体、锐晶激光、索尔思光电、长光华芯、华工科技、光迅科技、新易盛、云岭光电、敏芯半导体、博创科技、中际旭创、纵慧芯光、曦智科技、剑桥科技、凌越光电、盛为芯等企业。

　　据出资界信息，2012年，华为收买英国集成光子研讨中心CIP Technologies，敞开了光芯片范畴的探究；次年，华为又出手收买一家比利时硅光技能开发商Caliopa，完善本身在光芯片范畴的技能实力。

　　然后自2019年下半年开端，华为再次会集出资光电芯片企业，一度掀起国内光芯片出资热潮。本年3月，华为又投了另一家光电芯片企业——纵慧芯光。据不完全计算，到现在，华为出资布局地图触及十余家光芯片工业链相关企业。

　　2020年2月，华为还在伦敦发布了800G可调超高速光模块。据介绍，该产品支撑200G-800G速率灵敏调理；单纤容量到达48T，比照业界计划高出40%；根据华为信道匹配算法，传输间隔比较业界进步20%。这款产品被运用在全系列的华为OptiXtrans光传送产品中，是华为光网络尖端竞争力的重要组成部分。

　　上一年4月，华为还发布了一项关于光学芯片的专利，名为“耦合光的光学芯片及制作办法”，专利中不只供给了一种用于在光学芯片与另一光学器材之间耦合光的光学芯片，一同还供给了制作这种光学芯片的办法，乃至还包含了对晶圆的切开、蚀刻。

　　一系列动作也能看到华为在光芯片赛道的专心与坚持。换句话说，华为坚信光芯片是未来数据传输的技能之光。

　　尽管国产厂商进入该范畴较晚，商场份额相对较小。可是经过近年来在技能上的快速追逐，国内现已把握光芯片中心技能的厂商部队不断强大，与国外厂商在技能上的距离现已是越来越小。

　　据维科网工业研讨中心的计算，曩昔八年间，国内光芯片商场规模现已从8亿美元攀升至20.8亿美元，年均复合增加率约17.3%。一同，根据我国在5G、数据中心、“西数东算”、“双千兆”网络的规划，估计2022年国内光芯片商场规模有望进一步扩展至24亿美元。

　　对我国而言，既要在传统赛道电子芯片范畴赶快补短板，也要尽早在光子芯片等新赛道布局发力。左右开弓，尽力捉住新一轮科技革新和工业革新的机会。

　　跟着摩尔定律脚步的放缓，探究新的技能现已成为现在半导体范畴的要害使命。将光子和集成电路的电子结合在一同，乃至是用光子代替电子构成“片上光互联”，以完成对现有光模块工业链的重塑，正成为半导体职业数个“推翻式立异”中的重要方向之一。

　　正如陕西光电子先导院履行院长米磊所言：“迎着智能化曙光，未来将掀起光子技能工业的革新，相似于从电子工业的晶体管迈入集成电路年代的技能革新，集成光路将是半导体范畴60年一遇的“换道超车”的重要机会。”回来搜狐，检查更多