硅光芯片，這一基于硅材料制造的新型集成芯片，正悄然引領(lǐng)一場(chǎng)信息技術(shù)的革新。它將電子器件與光學(xué)器件巧妙結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸、調(diào)制和探測(cè)，突破了傳統(tǒng)電子芯片在帶寬、功耗和延遲上的物理極限。
根據(jù)Yole的最新報(bào)告，硅基光子集成電路（PIC）市場(chǎng)在2023年達(dá)到了9500萬美元的規(guī)模，并預(yù)計(jì)將在2029年增長(zhǎng)至8.63億美元以上，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)45%。這一驚人的增長(zhǎng)速度，無疑揭示了硅光芯片的巨大潛力和市場(chǎng)價(jià)值。
硅光芯片的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室首次提出了“集成光學(xué)”的概念。然而，由于工藝技術(shù)的限制以及市場(chǎng)需求的不足，硅光芯片的發(fā)展一度停滯不前。直到進(jìn)入21世紀(jì)，隨著CMOS工藝的成熟和數(shù)據(jù)中心需求的爆發(fā)，硅光芯片才迎來了產(chǎn)業(yè)化的春天。英特爾、IBM等科技巨頭的加入，更是為這一技術(shù)的發(fā)展注入了強(qiáng)大的動(dòng)力。
近年來，隨著AI大模型訓(xùn)練、高性能計(jì)算和5G通信等新興場(chǎng)景的不斷涌現(xiàn)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率和能效比的要求也越來越高。硅光芯片憑借其高帶寬、低延遲和高能效比的優(yōu)勢(shì)，成為了滿足這些需求的理想選擇。業(yè)內(nèi)人士分析認(rèn)為，硅光子技術(shù)正逐步從高端市場(chǎng)向消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)滲透，有望成為繼CMOS之后最具潛力的技術(shù)平臺(tái)之一。
在硅光子產(chǎn)業(yè)格局中，多元化參與者的身影隨處可見。從積極參與硅光子行業(yè)的垂直整合參與者，如初創(chuàng)企業(yè)、設(shè)計(jì)公司、研究機(jī)構(gòu)，到代工廠和設(shè)備供應(yīng)商，所有這些參與者都為硅光子產(chǎn)業(yè)的顯著增長(zhǎng)和多樣化做出了重要貢獻(xiàn)。其中，英特爾作為最早研究硅光的巨頭廠商之一，其硅光技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的成果。英特爾利用CMOS制造工藝，將激光器、調(diào)制器、探測(cè)器等光學(xué)器件與電路集成在同一塊硅基片上，實(shí)現(xiàn)了電子與光學(xué)的完美結(jié)合。
英特爾的硅光技術(shù)不僅支持波分復(fù)用技術(shù)，讓單條光纖能夠同時(shí)傳輸多種波長(zhǎng)的光信號(hào)，還擁有高效的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，使得硅光模塊在數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)景能夠提供高性能互連。其推出的100G和400G硅光模塊已經(jīng)大規(guī)模商用，并正在與云計(jì)算巨頭、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商合作，推動(dòng)硅光技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和普及。
除了英特爾之外，英偉達(dá)、Synopsys等上下游市場(chǎng)參與者也開始積極探討光通信技術(shù)。英偉達(dá)在去年的GTC大會(huì)上宣布，將與臺(tái)積電和Synopsys合作，采用其計(jì)算光刻平臺(tái)進(jìn)行生產(chǎn)，以加速制造并突破下一代先進(jìn)半導(dǎo)體芯片的物理極限。而在今年的GTC大會(huì)上，英偉達(dá)更是推出了Spectrum-X Photonics和一體式封裝光學(xué)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，將AI工廠擴(kuò)展至數(shù)百萬GPU，進(jìn)一步彰顯了其在硅光子技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)力。
在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)方面，英特爾在數(shù)據(jù)通信市場(chǎng)以61%的市場(chǎng)份額領(lǐng)跑，而在電信領(lǐng)域，思科則占據(jù)了近50%的市場(chǎng)份額。盡管中國(guó)廠商在目前的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中份額較少，但國(guó)內(nèi)的中際旭創(chuàng)、新易盛、光迅科技等公司已經(jīng)開始積極參與競(jìng)爭(zhēng)，推出了400G、800G甚至1.6T的硅光模塊，展現(xiàn)出了強(qiáng)大的自主研發(fā)能力。
九峰山實(shí)驗(yàn)室在去年成功點(diǎn)亮了集成到硅基芯片內(nèi)部的激光光源，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首次“芯片出光”技術(shù)突破。這一技術(shù)突破不僅標(biāo)志著中國(guó)在硅光芯片領(lǐng)域的自主研發(fā)能力邁上了新臺(tái)階，也為未來大規(guī)模商用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
硅光芯片的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在重塑全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的權(quán)力結(jié)構(gòu)。其背后的核心驅(qū)動(dòng)力在于與現(xiàn)有CMOS工藝的高度兼容性、新材料體系的應(yīng)用以及人工智能、大數(shù)據(jù)和高性能計(jì)算需求的快速增長(zhǎng)。隨著技術(shù)的不斷成熟和成本的逐步下降，硅光芯片的應(yīng)用場(chǎng)景正在迅速擴(kuò)展至智能駕駛、光計(jì)算及消費(fèi)電子等多個(gè)新興領(lǐng)域。
在智能駕駛領(lǐng)域，硅光固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)被視為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用的關(guān)鍵路徑。硅光芯片化方案通過CMOS工藝兼容的高密度集成，顯著降低了系統(tǒng)復(fù)雜度與制造成本，推動(dòng)了激光雷達(dá)從機(jī)械式向全固態(tài)的演進(jìn)。而在光計(jì)算領(lǐng)域，硅光平臺(tái)依托成熟的半導(dǎo)體工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)光波導(dǎo)、調(diào)制器等核心元件的納米級(jí)集成，為光量子計(jì)算芯片提供高密度、可編程的硬件基礎(chǔ)。
在消費(fèi)電子領(lǐng)域，硅光子技術(shù)的高集成特性完美契合了設(shè)備小型化趨勢(shì)。其在微型化光譜分析、健康監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景的應(yīng)用正逐步從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)化，為消費(fèi)者帶來了更加便捷、高效的產(chǎn)品體驗(yàn)。
