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硅光技術(shù)是后摩爾時(shí)代核心技術(shù)之一，是半導(dǎo)體技術(shù)和光學(xué)技術(shù)的結(jié)合,，并且對(duì)于通信行業(yè)的影響將是顛覆性的,。

光芯片處于產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值制高點(diǎn)，競爭壁壘最高,，近年來,，硅光技術(shù)發(fā)展進(jìn)入新階段。

那么,，硅光技術(shù)進(jìn)入了怎樣的階段,？國內(nèi)外硅光工藝平臺(tái)是怎么樣的？產(chǎn)業(yè)鏈和應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)勢怎樣的呢,？

硅光技術(shù)發(fā)展進(jìn)入新階段

硅光技術(shù)已進(jìn)入大規(guī)模集成階段：

隨著5G通信技術(shù)向海量連接,、大容量方向發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)全面覆蓋,，光通信設(shè)備需要布局大量的光模塊，光模塊需要實(shí)現(xiàn)高密度連接,，驅(qū)動(dòng)光模塊向高集成化方向發(fā)展,。

光芯片是光模塊的核心器件，成本占比隨傳輸速率的提升而上升,，處于產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值制高點(diǎn),，競爭壁壘最高,。

硅為材料的光集成技術(shù)兼具數(shù)據(jù)的交換、存儲(chǔ)以及處理,，是下一代光通信的技術(shù)趨勢,。

硅光芯片在保持光器件高靈敏度的基礎(chǔ)上兼具低成本、低功耗,、高速,、超小型化和超輕超薄等獨(dú)特優(yōu)勢。

硅光技術(shù)的高度集成特性在對(duì)尺寸更加敏感的消費(fèi)領(lǐng)域存在更大需求,，消費(fèi)電子,、智能駕駛、量子通信等領(lǐng)域有較大發(fā)展空間,。

硅基光電子集成芯片概念：

硅光子當(dāng)前發(fā)展最成熟的是包含數(shù)據(jù)中心互連(DCI)收發(fā)器在內(nèi)的連接領(lǐng)域,，涉及數(shù)據(jù)中心、高性能數(shù)據(jù)交換,、長距離互聯(lián),、5G基礎(chǔ)設(shè)施等。

國外硅光工藝平臺(tái)

在硅光領(lǐng)域,，尤其是在光模塊上,，自己設(shè)計(jì)自己制造的英特爾無疑是實(shí)力最強(qiáng)勁的一個(gè)，也是各大廠商中技術(shù)積累最久的,。但除了英特爾這樣的IDM硅光廠商外,，國外還是有不少開放硅光工藝平臺(tái)的，比如美國的格芯,、AIM Photoics,，新加坡的AMF以及被英特爾收購后仍將繼續(xù)開展第三方代工業(yè)務(wù)的以色列代工廠Tower Semiconductor等等。這些代工廠從最初的光電集成技術(shù)開始,，逐漸在近年來發(fā)現(xiàn)硅光技術(shù)的重要性,，于是紛紛推出自己的硅光工藝平臺(tái)，主要是基于SOI和SiN技術(shù),。

今年三月,，格芯宣布與博通、思科,、Marvell等廠商合作,，提供新一代硅光平臺(tái)GF Fotonix，在12英寸的晶圓上,，實(shí)現(xiàn)光子元件,、射頻和高性能CMOS的單芯片集成。雖然沒有明說，但GF Fotonix應(yīng)該是其90WG,、45CLO工藝節(jié)點(diǎn)以及硅光封裝技術(shù)的整合平臺(tái),。

從發(fā)布新聞的合作廠商背書來看，格芯明顯是光模塊廠商和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備巨頭在硅光工藝平臺(tái)上的首選了,，也只有這么大的客戶量能支撐得起12英寸晶圓廠的產(chǎn)能,。這點(diǎn)從格芯的財(cái)報(bào)中也可以看出，今年第一季度來自智能手機(jī)設(shè)備終端的營收占比已經(jīng)從去年同期的54%降到了50%,，而來自通信基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)中心的占比從13%提升至17%,。

國內(nèi)硅光工藝平臺(tái)

要說開放硅光工藝平臺(tái)的話，國內(nèi)也有,，比如中科院微電子所的硅光子平臺(tái),、聯(lián)合微電子中心的硅光工藝平臺(tái)，除此之外中芯國際下的中芯集成電路（寧波）的光電集成業(yè)務(wù)中也有SOI異質(zhì)光電集成,，不過目前其工藝平臺(tái)支持似乎只有RFSOI和HVBCD,，分別為射頻前端和高壓模擬。

與國外相比,，國內(nèi)的開放硅光工藝平臺(tái)在先進(jìn)程度上要稍遜色一些,，而且整體規(guī)模要小一些，以180nm/130nm和8英寸晶圓為主,，但同工藝節(jié)點(diǎn)下的性能其實(shí)并不輸國外,，而且國內(nèi)的硅光設(shè)計(jì)公司已經(jīng)開始嶄露頭角。

聯(lián)合微電子中心的硅光工藝平臺(tái)應(yīng)該是國內(nèi)發(fā)展最快的了,，這家2018年成立的公司在不到4年的時(shí)間里,，就已經(jīng)提供了180nm的硅光成套工藝CSiP180AI，以及加入雙層銅互連技術(shù)的130nm工藝CSiP130Cu,，同時(shí)還有300nm的碳化硅光電工藝CSiN300和3D異構(gòu)集成工藝C3DS10,。

同樣值得注意的是，原材料價(jià)格上漲帶來的漲價(jià)潮同樣影響到了硅光芯片,，比如聯(lián)合微電子就在今年年初發(fā)布了漲價(jià)通知,，表示由于掩膜版等原材料大幅上漲，將把SOI無源MPW的流片價(jià)格從4萬元/block提升至48000元/block,。

產(chǎn)業(yè)鏈和應(yīng)用領(lǐng)域

隨著產(chǎn)業(yè)鏈分工逐漸垂直,，后續(xù)基于硅光的激光雷達(dá)、可穿戴設(shè)備,、AI光子計(jì)算等領(lǐng)域會(huì)相繼爆發(fā),。

根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)，到2025年,，基于硅光芯片的應(yīng)用規(guī)模將達(dá)到26.15億美金,，2020-2025年復(fù)合增速達(dá)到38%,。到2025年,，硅光模塊總和市場規(guī)模將達(dá)到18.91億美金,，占據(jù)硅光芯片應(yīng)用的近72.3%。同時(shí)硅光技術(shù)在光模塊中的總體應(yīng)用占比將從2020年的5.7% 提升至2025年的15% 以上,。

從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看,，硅光子技術(shù)涉及“設(shè)計(jì)－制造－封裝”等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從產(chǎn)業(yè)鏈來看,，包括原材料供應(yīng)商（晶圓廠等）,、設(shè)計(jì)廠商、制造廠商,、封裝廠商,、系統(tǒng)集成商等，當(dāng)前商用產(chǎn)品較少,，整個(gè)產(chǎn)業(yè)還沒有形成穩(wěn)定的競爭格局,。

目前由于硅光發(fā)展不成熟，硅光子產(chǎn)業(yè)鏈沒有像微電子產(chǎn)業(yè)一樣完全形成Foundry廠與硅光設(shè)計(jì)公司分開的產(chǎn)業(yè)格局,，且硅光子集成度不高,，硅光器件的IP沒有完全形成與成熟，所以光器件也一般由Fabless自行設(shè)計(jì),。

隨著硅光子技術(shù)被市場認(rèn)可,，下游客戶（大型互聯(lián)網(wǎng)公司、運(yùn)營商,、通信設(shè)備廠商等）切入中上游制造過程,。
硅光子最重要的三大應(yīng)用領(lǐng)域：

在電信領(lǐng)域，硅光技術(shù)助力光模塊尺寸與成本降低,；在數(shù)通領(lǐng)域,，硅光技術(shù)助力成品率進(jìn)一步提升，在高速應(yīng)用場景優(yōu)勢明顯,。

硅光子商業(yè)化較為成熟的領(lǐng)域主要在于數(shù)據(jù)中心,、高性能數(shù)據(jù)交換、長距離互聯(lián),、5G基礎(chǔ)設(shè)施等光連接領(lǐng)域,，800G及以后硅光模塊性價(jià)比較為突出。

目前硅光集成技術(shù)仍處于初期發(fā)展階段,，光子芯片需要與成熟的電子芯片技術(shù)融合,，運(yùn)用電子芯片先進(jìn)的制造工藝及模塊化技術(shù)，其研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化以國外企業(yè)為主導(dǎo),，國產(chǎn)化率較低,。

硅光子是確定性技術(shù)發(fā)展趨勢,，海內(nèi)外巨頭公司瞄準(zhǔn)硅光賽道收并購頻發(fā)，科技巨頭公司高度重視硅光技術(shù),。

目前投入研發(fā)的公司不僅包括Mellanox,、Luxtera、Acacia,、Finisar,、Avago等光通信公司，Intel,、IBM,、思科、Imec等半導(dǎo)體廠商和華為等設(shè)備商也加入了這一領(lǐng)域的競爭,。

國內(nèi)廠商光迅科技,、新易盛、天孚通信,、中際旭創(chuàng),、博創(chuàng)科技等從分立光模塊市場紛紛切入硅光領(lǐng)域，但是傳統(tǒng)光模塊制造過程中封裝工序較為復(fù)雜,，BOM及人工成本需要投入較多,，另外未來采用硅光的光電共封裝（CPO）技術(shù)預(yù)計(jì)將會(huì)成為主流模式，傳統(tǒng)光模塊生產(chǎn)制造企業(yè)將會(huì)收到較大的技術(shù)挑戰(zhàn),，需要持續(xù)跟蹤國內(nèi)光模塊廠商硅光產(chǎn)品研發(fā),、客戶驗(yàn)證等進(jìn)展情況。

硅光子產(chǎn)業(yè)國內(nèi)初創(chuàng)公司主要包括曦智科技（AI光子芯片）,、微源光子（硅光Lidar ,、可穿戴）、國科光芯（硅光Lidar）等,。

這些廠商最接近硅光子通信的兩大應(yīng)用領(lǐng)域電信市場和數(shù)據(jù)中心市場,，在當(dāng)前競爭格局還沒有確定的情況下，這些廠商也是未來硅光子行業(yè)發(fā)展的極大助推力,。

未來的應(yīng)用趨勢

傳統(tǒng)上,，基于光的通信主要是用在長距離高速通信中，例如大家熟悉的光纖寬帶入戶就是這樣的長距離高速有線通信的一個(gè)重要例子,。在數(shù)據(jù)中心中,，常用的數(shù)據(jù)互聯(lián)是基于銅電纜的通信。

然而,，在最近幾年,，隨著人工智能等應(yīng)用的興起，數(shù)據(jù)中心中也在走向基于光通信的數(shù)據(jù)互聯(lián),。這主要的原因在于,，人工智能等應(yīng)用將對(duì)于數(shù)據(jù)互聯(lián)帶寬的需求大大提升了,，而常規(guī)的銅電纜互聯(lián)越來越難以滿足需求。

例如,，在人工智能應(yīng)用中,，數(shù)據(jù)中心常常需要進(jìn)行大量分布式計(jì)算，而分布式計(jì)算中,，不同服務(wù)器之間需要頻繁的大量數(shù)據(jù)交換,，數(shù)據(jù)互聯(lián)的帶寬往往會(huì)限制整體任務(wù)的性能,。這也是大數(shù)據(jù)時(shí)代的一個(gè)特點(diǎn),，即算法為了處理海量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)訪問的性能和計(jì)算性能幾乎一樣重要,，有時(shí)候甚至更重要,；而隨著算法規(guī)模越來越大，需要使用多臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行分布式計(jì)算的場合也越來越多,，因此服務(wù)器之間的高速數(shù)據(jù)互聯(lián)就成為一個(gè)極其重要的核心技術(shù)了,，而這成為數(shù)據(jù)中心引入超高帶寬基于硅光子的數(shù)據(jù)互聯(lián)的主要理由。

在幾年前,，人工智能剛剛興起時(shí),，Nvidia就憑借和Mellanox的合作在機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練中引入基于光互連的InfiniBand從而助力高性能訓(xùn)練，而到了今天類似的超高速光互聯(lián)已經(jīng)幾乎成為數(shù)據(jù)中心的標(biāo)配,。

在未來,，我們認(rèn)為大數(shù)據(jù)和人工智能將繼續(xù)成為驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心市場的主要?jiǎng)恿ΑＵ驗(yàn)槿绱?，未來?shù)據(jù)中心對(duì)于基于光的數(shù)據(jù)互聯(lián)的需求可望進(jìn)一步增加,，而這也將進(jìn)一步提升硅光子的市場規(guī)模，我們也因此看到了半導(dǎo)體業(yè)界的幾大巨頭都在積極布局相關(guān)的硅光子技術(shù),。

尾聲

未來隨著硅光子集成度增加,，硅光子Foundry服務(wù)提供商將完備提供包括先進(jìn)光電器件（調(diào)制器和探測器等）的PDK，用戶可以利用這些元器件設(shè)計(jì)出更高性能的器件或者包含更多元器件的復(fù)雜硅基光子集成系統(tǒng)芯片,。

屆時(shí)硅光子電路設(shè)計(jì)公司僅需關(guān)注其應(yīng)用需求進(jìn)行線路設(shè)計(jì)仿真即可,，將會(huì)促進(jìn)硅光在包括除了在光通信以外的片上光互連，光傳感,，激光雷達(dá),，消費(fèi)光電子等眾多領(lǐng)域的發(fā)展，極大拓展硅光子市場空間,。