【导读】在光电子融合中，硅光子学发挥着核心作用。硅光子学是一种利用CMOS制程技术，支援半导体工业在硅基板上整合光接收元件、光调变器、光波导和电子电路等元件的技术。负责转换光讯号和电讯号的光收发器，和集成电路芯片的混合，已逐渐转变为近封装光学元件和共封装光学元件。最终的光电融合是3D共封装光学，即三维整合。可以毫不夸张地说，基于硅光子的光电子融合，将会是未来计算机系统和资讯网路的关键技术。
提高芯片的处理速度，对于提高计算机性能至关重要，但由于简单的小型化和高积集度有先天性的限制，因此平行处理器架构和3D电路结构的发展正被半导体产业所关注。这样的技术发展带动了芯片间所需讯息传输频宽的增加，预计2025-2030年对频宽的需要将超过10Tbit/s。然而，传统电线的传输速度有10Tbit/s左右的限制，而且功耗也是一个严重的问题。
所以为了突破频宽限制和功耗的障碍，高科技产业对光电融合的期望越来越高，这使得光讯号和电讯号密不可分。
云服务和5G需求带动硅光子成长
根据日本Research Nester的一份关于硅光子的市场报告中显示，2022年硅光子市场规模约为20亿美元。预计到2035年底，硅光子全球市场规模将达到550亿美元，2023-2035年间的复合年增长率高达29.80%。
市场增长可归因于对基于云端的服务和5G技术的需求激增，以及光电子技术的进步。整体因素包括了，快速成长的工业4.0、越来越多的产业采用IoT设备、电信产业需求不断成长、笔记型电脑和智慧手机等消费电子产品的使用增加，以及新一代的设备已转向由人工智慧(AI)驱动发展。
硅光子市场依照零组件领域可区分为，光波导、调变器、光感测器、雷射。其中雷射的部分，预计到2035年将成为最大的市场占有硅光子零件，约为35%。而在应用产品方面则可区分为收发模组、电缆、光开关、感测器、光衰减器、其他。
硅光芯片成兵家必争之地
纵观硅光子在全球的发展情况，美国是硅光子最先兴起的，也是目前发展最超前的国家。
早在1969年，贝尔实验室的S.E.Miller首次提出了集成光学的概念，但是由于InP波导的高损耗和工艺落后难以实现大规模集成，这一技术在当时未能掀起波澜，之后将这一技术发扬光大的是Intel。2010年Intel开发出首个50Gb/s超短距硅基集成光收发芯片后，硅光芯片开始进入产业化阶段。随后欧美一批传统集成电路和光电巨头通过并购迅速进入硅光子领域抢占高地。目前英特尔也是在硅光领域布局最全面的公司。
中国真正开始大规模研究硅光子是在2010年左右，之前多为学术上的研究，起步晚导致中国在硅光子的产品化进程上不如美国。但中国对于硅光子技术研发方面人才和资金的大规模投入，使得国内硅光产业与国外差距并没有十年之久。2017年中国的硅光产业迎来快速发展。
从产业链进展看，全球硅光产业链已经逐渐成熟，从基础研发到商业应用的各个环节均有代表性的企业。
其中以Intel、思科、Inphi为代表的美国企业占据了硅光芯片和模块出货量的大部分，成为业内领头羊。国内厂商主要有中际旭创、熹联光芯、华工科技、新易盛、光迅科技、博创科技、华为、亨通光电等。虽然国产厂商进入该领域较晚，市场份额相对较小，但是通过近年来在技术上的快速追赶，国产厂商与国外厂商在技术上的差距已经在逐步缩小。
100G已多点开花
2018年8月，中国自行研制的“100G硅光收发芯片”在武汉投产使用，并通过了用户现网测试，性能稳定可靠。这标志着中国商用100G硅光芯片正式研制成功，此后中国自主硅光芯片技术也迈上了新的台阶。
此外还有多家硅光模块厂商已经实现100G硅光芯片的产业化商用。比如：
苏州熹联光于2021年10月成功并购行业领先的sicoya，目前熹联光芯的100G光模块已实现规模化量产，400G光学引擎及光模块已进入客户送样认证阶段。
2018年，由国家信息光电子创新中心、光迅科技公司、光纤通信技术和网络国家重点实验室、中国信息通信科技集团联合研制成功的“100G硅光收发芯片”正式投产使用。实现100G/200G全集成硅基相干光收发集成芯片和器件的量产，并通过了用户现网测试，性能稳定可靠，为80公里以上跨距的100G/200G相干光通信设备提供超小型、高性能、通用化的解决方案。
2018年，亨通光电与英国洛克利硅光子公司合作的100G硅光子模块项目完成了100Gbps硅光芯片的首件试制和可靠性测试，完成了硅光子芯片测试平台搭建，随后便将这一产品纳入量产计划。
其实，不只是100G硅光模块，在400G、800G硅光模块领域也不乏佼佼者的出现。
400G强者云集
从长期来看，硅光方案已是大势所趋，在400G光模块时代或将大规模发力。
400G是优势释放的拐点。因为在100G短距CWDM4和100G中长距相干光模块中，硅光模块成本优势不明显。而在400G及以上的高速率的场景中，传统DML和EML成本较高，硅光模块成本优势更为显著。
国内也有不少硅光模块厂商已经出样给客户，想必距离大规模应用无需太久。
2021年亨通光电宣布，旗下子公司亨通洛克利科技有限公司在100G硅光AOC产品的基础上，进一步充实数通高速模块产品系列，推出了量产版400GQSFP-DDDR4硅光模块和基于传统方案的400GQSFP-DDFR4光模块。
2022年中际旭创曾在其投资者关系活动中回答称，公司800G 硅光模块已送样海外部分客户，400G 硅光模块已进入市场导入阶段，正在接受海外客户认证。公司拥有自主研发的硅光芯片核心技术与能力，能够把握未来硅光发展方向，为客户主动推送更高速率的硅光解决方案。
光迅科技是国内为数不多的能够对400G硅光数通模块进行商业出货的公司，目前其国内的最大客户是阿里。近日，有投资者在投资者互动平台提问：400G硅光模块出货量如何？订单多吗？国内市场应用400G硅光模块的市场状况如何？
光迅科技7月4日在投资者互动平台表示，400G光模块国内市场今年有一定需求，二季度环比一季度有所增长，是否采用硅光方案取决于客户需求，暂不方便披露细节。
再加上文提及的熹联光芯以及华工科技、新易盛、博创科技等公司的400G硅光模块产品均可圈可点。
800G是未来主要增长点
去年，在投资者互动平台上，华工科技回复投资者提问时透露，公司400G硅光芯片已实现量产，800G硅光芯片预计今年实现小批量生产。至于价格，华工科技称具体产品单价属于非公开信息，无法披露。
中际旭创的400G/800G硅光模块也已采用自研的硅光芯片。
近日，光迅科技在其发布股票交易异动公告中称，公司800G光模块产品仍处于客户送样验证及小批量出货阶段，对业绩的影响还很小。
如今，硅光模块在速度、能耗、成本等方面将全面超越普通光模块。随着5G网络建设的进一步拓展，数据传输需求不断增长，400G硅光模块的高速率市场正在逐步打开。未来，硅光子的主要技术演进将集中在更高集成度，800G硅光模块将成为未来几年的主要增长点。
国产硅光芯片弯道超车
中国在光芯片方面取得快速进展，在于中国基础技术研发扎实，去年中国就已筹建全球第一条光子芯片生产线，在光子芯片方面的技术积累，让国内的芯片研发机构得以率先研发成功硅光芯片并应用于AI计算领域。
对中国芯片行业来说，研发硅光芯片还有助于打破当下光刻机受制于ASML的问题，由于美国的蛮横，ASML至今无法对中国出售先进的EUV光刻机，这也导致中国在先进芯片工艺研发方面受阻，而研发光子芯片可以绕开光刻机的限制，此外国内在量子芯片方面也已取得了快速进展。
对于中国研发先进芯片，其实美国富豪比尔盖茨早有预言，比尔盖茨认为美国的做法无法阻止中国研发先进芯片，反而会导致美国芯片行业蒙受巨大的损失，从2022年至今中国进口的芯片减少了近1400亿颗，而美国芯片企业则出现了业绩大跌，其中更已有四家芯片企业陷入亏损，印证了比尔盖茨的预言。
今年5月份美国GPU芯片巨头NVIDIA的创始人兼CEO黄仁勋也说了表达了类似的观点，黄仁勋认为限制无助于遏制中国研发先进芯片，而中国恰恰已出现了诸多GPU芯片企业，一些中国GPU芯片企业表示他们的GPU芯片性能在部分参数方面已媲美NVIDIA。
为了避免中国的GPU芯片企业独占国内市场获得更多收入，加速技术研发，缩短与NVIDIA的技术差距，NVIDIA已先后将两颗高端芯片A100和H100为中国市场定制A800、H800芯片，确保NVIDIA继续从中国市场获取收入，压制中国本土的GPU芯片企业。
如今中科院另辟蹊径研发先进的硅光芯片，并将至应用于AI芯片，为中国的AI芯片打开了局面，美国意图通过限制对中国供应先进的芯片设备来阻止中国发展先进芯片已成空，相信中科院取得的突破将激励中国芯片行业加快技术研发，在更多技术方面破局。
来源：贤集网
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