光電融合趨勢下，硅光技術站上風頭，國產硅光產業拉近與美國差距

在光電子融合中，硅光子學發揮著核心作用。硅光子學是一種利用CMOS制程技術，支援半導體工業在硅基板上整合光接收元件、光調變器、光波導和電子電路等元件的技術。負責轉換光訊號和電訊號的光收發器，和集成電路芯片的混合，已逐漸轉變為近封裝光學元件和共封裝光學元件。最終的光電融合是3D共封裝光學，即三維整合。可以毫不夸張地說，基于硅光子的光電子融合，將會是未來計算機系統和資訊網路的關鍵技術。

提高芯片的處理速度，對于提高計算機性能至關重要，但由于簡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和3D電路結構的發展正被半導體產業所關注。這樣的技術發展帶動了芯片間所需訊息傳輸頻寬的增加，預計2025-2030年對頻寬的需要將超過10Tbit/s。然而，傳統電線的傳輸速度有10Tbit/s左右的限制，而且功耗也是一個嚴重的問題。

所以為了突破頻寬限制和功耗的障礙，高科技產業對光電融合的期望越來越高，這使得光訊號和電訊號密不可分。

云服務和5G需求帶動硅光子成長

根據日本Research Nester的一份關于硅光子的市場報告中顯示，2022年硅光子市場規模約為20億美元。預計到2035年底，硅光子全球市場規模將達到550億美元，2023-2035年間的復合年增長率高達29.80%。

市場增長可歸因于對基于云端的服務和5G技術的需求激增，以及光電子技術的進步。整體因素包括了，快速成長的工業4.0、越來越多的產業采用IoT設備、電信產業需求不斷成長、筆記型電腦和智慧手機等消費電子產品的使用增加，以及新一代的設備已轉向由人工智慧(AI)驅動發展。

硅光子市場依照零組件領域可區分為，光波導、調變器、光感測器、雷射。其中雷射的部分，預計到2035年將成為最大的市場占有硅光子零件，約為35%。而在應用產品方面則可區分為收發模組、電纜、光開關、感測器、光衰減器、其他。


硅光芯片成兵家必爭之地

縱觀硅光子在全球的發展情況，美國是硅光子最先興起的，也是目前發展最超前的國家。

早在1969年，貝爾實驗室的S.E.Miller首次提出了集成光學的概念，但是由于InP波導的高損耗和工藝落后難以實現大規模集成，這一技術在當時未能掀起波瀾，之后將這一技術發揚光大的是Intel。2010年Intel開發出首個50Gb/s超短距硅基集成光收發芯片后，硅光芯片開始進入產業化階段。隨后歐美一批傳統集成電路和光電巨頭通過并購迅速進入硅光子領域搶占高地。目前英特爾也是在硅光領域布局最全面的公司。

中國真正開始大規模研究硅光子是在2010年左右，之前多為學術上的研究，起步晚導致中國在硅光子的產品化進程上不如美國。但中國對于硅光子技術研發方面人才和資金的大規模投入，使得國內硅光產業與國外差距并沒有十年之久。2017年中國的硅光產業迎來快速發展。

從產業鏈進展看，全球硅光產業鏈已經逐漸成熟，從基礎研發到商業應用的各個環節均有代表性的企業。

其中以Intel、思科、Inphi為代表的美國企業占據了硅光芯片和模塊出貨量的大部分，成為業內領頭羊。國內廠商主要有中際旭創、熹聯光芯、華工科技、新易盛、光迅科技、博創科技、華為、亨通光電等。雖然國產廠商進入該領域較晚，市場份額相對較小，但是通過近年來在技術上的快速追趕，國產廠商與國外廠商在技術上的差距已經在逐步縮小。

100G已多點開花

2018年8月，中國自行研制的“100G硅光收發芯片”在武漢投產使用，并通過了用戶現網測試，性能穩定可靠。這標志著中國商用100G硅光芯片正式研制成功，此后中國自主硅光芯片技術也邁上了新的臺階。

此外還有多家硅光模塊廠商已經實現100G硅光芯片的產業化商用。比如：

蘇州熹聯光于2021年10月成功并購行業領先的sicoya，目前熹聯光芯的100G光模塊已實現規模化量產，400G光學引擎及光模塊已進入客戶送樣認證階段。

2018年，由國家信息光電子創新中心、光迅科技公司、光纖通信技術和網絡國家重點實驗室、中國信息通信科技集團聯合研制成功的“100G硅光收發芯片”正式投產使用。實現100G/200G全集成硅基相干光收發集成芯片和器件的量產，并通過了用戶現網測試，性能穩定可靠，為80公里以上跨距的100G/200G相干光通信設備提供超小型、高性能、通用化的解決方案。

2018年，亨通光電與英國洛克利硅光子公司合作的100G硅光子模塊項目完成了100Gbps硅光芯片的首件試制和可靠性測試，完成了硅光子芯片測試平臺搭建，隨后便將這一產品納入量產計劃。

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


400G強者云集

從長期來看，硅光方案已是大勢所趨，在400G光模塊時代或將大規模發力。

400G是優勢釋放的拐點。因為在100G短距CWDM4和100G中長距相干光模塊中，硅光模塊成本優勢不明顯。而在400G及以上的高速率的場景中，傳統DML和EML成本較高，硅光模塊成本優勢更為顯著。

國內也有不少硅光模塊廠商已經出樣給客戶，想必距離大規模應用無需太久。

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產品的基礎上，進一步充實數通高速模塊產品系列，推出了量產版400GQSFP-DDDR4硅光模塊和基于傳統方案的400GQSFP-DDFR4光模塊。

2022年中際旭創曾在其投資者關系活動中回答稱，公司800G 硅光模塊已送樣海外部分客戶，400G 硅光模塊已進入市場導入階段，正在接受海外客戶認證。公司擁有自主研發的硅光芯片核心技術與能力，能夠把握未來硅光發展方向，為客戶主動推送更高速率的硅光解決方案。

光迅科技是國內為數不多的能夠對400G硅光數通模塊進行商業出貨的公司，目前其國內的最大客戶是阿里。近日，有投資者在投資者互動平臺提問：400G硅光模塊出貨量如何？訂單多嗎？國內市場應用400G硅光模塊的市場狀況如何？

光迅科技7月4日在投資者互動平臺表示，400G光模塊國內市場今年有一定需求，二季度環比一季度有所增長，是否采用硅光方案取決于客戶需求，暫不方便披露細節。

再加上文提及的熹聯光芯以及華工科技、新易盛、博創科技等公司的400G硅光模塊產品均可圈可點。


800G是未來主要增長點

去年，在投資者互動平臺上，華工科技回復投資者提問時透露，公司400G硅光芯片已實現量產，800G硅光芯片預計今年實現小批量生產。至于價格，華工科技稱具體產品單價屬于非公開信息，無法披露。

中際旭創的400G/800G硅光模塊也已采用自研的硅光芯片。

近日，光迅科技在其發布股票交易異動公告中稱，公司800G光模塊產品仍處于客戶送樣驗證及小批量出貨階段，對業績的影響還很小。

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網絡建設的進一步拓展，數據傳輸需求不斷增長，400G硅光模塊的高速率市場正在逐步打開。未來，硅光子的主要技術演進將集中在更高集成度，800G硅光模塊將成為未來幾年的主要增長點。

國產硅光芯片彎道超車

中國在光芯片方面取得快速進展，在于中國基礎技術研發扎實，去年中國就已籌建全球第一條光子芯片生產線，在光子芯片方面的技術積累，讓國內的芯片研發機構得以率先研發成功硅光芯片并應用于AI計算領域。

對中國芯片行業來說，研發硅光芯片還有助于打破當下光刻機受制于ASML的問題，由于美國的蠻橫，ASML至今無法對中國出售先進的EUV光刻機，這也導致中國在先進芯片工藝研發方面受阻，而研發光子芯片可以繞開光刻機的限制，此外國內在量子芯片方面也已取得了快速進展。

對于中國研發先進芯片，其實美國富豪比爾蓋茨早有預言，比爾蓋茨認為美國的做法無法阻止中國研發先進芯片，反而會導致美國芯片行業蒙受巨大的損失，從2022年至今中國進口的芯片減少了近1400億顆，而美國芯片企業則出現了業績大跌，其中更已有四家芯片企業陷入虧損，印證了比爾蓋茨的預言。

今年5月份美國GPU芯片巨頭NVIDIA的創始人兼CEO黃仁勛也說了表達了類似的觀點，黃仁勛認為限制無助于遏制中國研發先進芯片，而中國恰恰已出現了諸多GPU芯片企業，一些中國GPU芯片企業表示他們的GPU芯片性能在部分參數方面已媲美NVIDIA。

為了避免中國的GPU芯片企業獨占國內市場獲得更多收入，加速技術研發，縮短與NVIDIA的技術差距，NVIDIA已先后將兩顆高端芯片A100和H100為中國市場定制A800、H800芯片，確保NVIDIA繼續從中國市場獲取收入，壓制中國本土的GPU芯片企業。

如今中科院另辟蹊徑研發先進的硅光芯片，并將至應用于AI芯片，為中國的AI芯片打開了局面，美國意圖通過限制對中國供應先進的芯片設備來阻止中國發展先進芯片已成空，相信中科院取得的突破將激勵中國芯片行業加快技術研發，在更多技術方面破局。