電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文 / 李彎彎）在人工智能算力需求猛增、數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴大的當(dāng)下，傳統(tǒng)電互連技術(shù)遭遇帶寬瓶頸與能耗難題。硅光芯片憑借高集成度、低功耗、超高速率的優(yōu)勢，正成為重塑光通信產(chǎn)業(yè)格局的關(guān)鍵技術(shù)。預(yù)計到2025年，全球硅光芯片市場規(guī)模將突破80億美元，中國廠商在技術(shù)突破和商業(yè)化進程中展現(xiàn)出強大競爭力。

硅光芯片技術(shù)突破

硅光芯片的技術(shù)突破主要體現(xiàn)在材料融合和架構(gòu)創(chuàng)新兩方面。在材料上，異質(zhì)集成技術(shù)是解決硅基發(fā)光問題的關(guān)鍵。英特爾運用晶圓鍵合技術(shù)，將磷化銦激光器與硅波導(dǎo)集成，實現(xiàn)了100G至400G硅光模塊的大規(guī)模商用，其新產(chǎn)品采用倏逝波耦合方案，使激光器與硅波導(dǎo)的耦合效率提高到85%。加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校團隊研發(fā)的量子點激光器，以InAs量子點作為增益介質(zhì)，在硅襯底上實現(xiàn)了光子晶體激光器的穩(wěn)定輸出，為單片集成光源開辟了新途徑。

架構(gòu)創(chuàng)新方面，CPO（光電共封裝）技術(shù)引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革。博通推出的CPO交換芯片將硅光引擎與ASIC芯片協(xié)同封裝，使1.6T光模塊的功耗降低40%，延遲減少30%。國內(nèi)企業(yè)中，中際旭創(chuàng)的1.6T硅光模塊采用自研芯片，通過波分復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)單芯片8波長集成，傳輸容量超過1.6Tb/s，已進入國際云服務(wù)商的測試階段；新易盛推出的400G硅光模塊采用低成本混合集成方案，通過優(yōu)化光耦合結(jié)構(gòu)，使成本比傳統(tǒng)方案降低30%，在東南亞數(shù)據(jù)中心市場處于領(lǐng)先地位。

制造環(huán)節(jié)的技術(shù)突破大幅提高了良率和產(chǎn)能。中芯國際12英寸DUV產(chǎn)線完成28nm節(jié)點硅光芯片流片驗證，關(guān)鍵層套刻精度誤差控制在3微米以內(nèi)，制造成本比傳統(tǒng)方案降低35%。華工科技開發(fā)的納米脊工程技術(shù)，通過限制缺陷在特定區(qū)域生長，在硅基上獲得高質(zhì)量III - V族材料，其800G硅光模塊已通過中國移動的嚴格測試，進入批量供貨階段。

產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)呈現(xiàn)垂直整合趨勢。英特爾構(gòu)建了從設(shè)計到封測的全流程體系，其硅光模塊在數(shù)據(jù)中心市場占有率達61%；思科通過收購Acacia強化相干光模塊技術(shù)，在電信市場占據(jù)近50%的份額。國內(nèi)企業(yè)形成差異化競爭格局：華為海思的X2系列硅光芯片實現(xiàn)4 × 4波分復(fù)用器與電吸收調(diào)制器一體化封裝，端口速率達800Gbps；華工科技通過收購德國UVOL公司獲得先進封裝技術(shù)，其硅光模塊的耦合效率比行業(yè)平均水平提高15%。

硅光芯片市場格局

數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域是硅光芯片最大的應(yīng)用市場。全球數(shù)據(jù)中心數(shù)量從2018年的400萬個增加到2023年的800萬個，引發(fā)了對400G/800G光模塊的大量需求。阿里云第三代數(shù)據(jù)中心全面采用國產(chǎn)硅光芯片，實現(xiàn)25公里無中繼傳輸，單比特能耗比傳統(tǒng)方案降低60%。LightCounting預(yù)測，2025年全球數(shù)據(jù)中心硅光模塊市場規(guī)模將達55億美元，其中CPO方案占比將超過30%。具體來看，新易盛憑借在東南亞市場的深耕，400G硅光模塊出貨量同比增長200%；中際旭創(chuàng)的1.6T模塊成為谷歌、亞馬遜等巨頭的首選方案，市場份額突破35%。

智能駕駛領(lǐng)域成為新的增長點。硅光固態(tài)激光雷達通過CMOS工藝兼容的高密度集成，使系統(tǒng)成本降至傳統(tǒng)機械式方案的1/5。禾賽科技與九峰山實驗室合作開發(fā)的硅光雷達芯片，集成128通道VCSEL陣列，探測距離超過300米，已獲得多家車企的定點合作。華工科技推出的車載硅光通信模塊，支持10Gbps數(shù)據(jù)傳輸，滿足L4級自動駕駛的實時性要求，預(yù)計2025年裝車量將突破50萬輛。

技術(shù)瓶頸和供應(yīng)鏈風(fēng)險是主要挑戰(zhàn)。硅波導(dǎo)傳輸損耗、熱管理難題限制了單片集成度的提升，當(dāng)前硅光芯片集成組件數(shù)量雖已達萬級，但良率波動使成本比理論值高出20%。在供應(yīng)鏈方面，高端DUV設(shè)備依賴進口，InP外延片產(chǎn)能集中在日美企業(yè)，地緣政治風(fēng)險增加。為應(yīng)對挑戰(zhàn)，國內(nèi)企業(yè)加速垂直整合：有研硅通過收購DGT Technologies獲得半導(dǎo)體核心零部件加工技術(shù)，將產(chǎn)業(yè)鏈延伸至設(shè)備環(huán)節(jié)；長光華芯建設(shè)8英寸硅光晶圓中試線，實現(xiàn)片上光源技術(shù)自主可控。

政策支持和生態(tài)建設(shè)為發(fā)展提供動力。國家集成電路上層規(guī)劃明確將硅光子列為重點發(fā)展方向，上海、湖北、重慶等地建設(shè)光子芯片創(chuàng)新平臺，形成“設(shè)計 - 制造 - 封測”全鏈條支撐。資本市場上，2024年國內(nèi)硅光領(lǐng)域融資超過50億元，九峰山實驗室、云洲智能等創(chuàng)新企業(yè)獲得紅杉、高瓴等機構(gòu)投資，技術(shù)迭代周期縮短至18個月。華工科技聯(lián)合華中科技大學(xué)成立的硅光聯(lián)合實驗室，已孵化出30余項核心專利，其開發(fā)的硅光溫度傳感器精度達± 0.1 ℃，達到國際領(lǐng)先水平。

寫在最后

展望2030年，硅光芯片將在三個方面取得突破：技術(shù)上，單片集成組件數(shù)量突破10萬級，實現(xiàn)全光子AI計算芯片；市場上，數(shù)據(jù)中心滲透率超過60%，智能駕駛市場占比達25%；產(chǎn)業(yè)上，中國有望掌握核心制造技術(shù)，形成千億級產(chǎn)業(yè)集群。當(dāng)硅基材料與光子技術(shù)深度融合，以新易盛、中際旭創(chuàng)、光迅科技、華工科技為代表的中國企業(yè)，正通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和生態(tài)布局，為數(shù)字經(jīng)濟時代構(gòu)建更高效、更綠色的信息高速公路。

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