荷兰深耕前沿硅光市场！押注的“硅光子技术”真能再次卡住芯片行业的脖子？

硅光子引领全球光通信变革

近年来5G、AIoT、人工智能等各项应用的逐步落地，对数据传输提出了更高的要求。与此同时，数据中心光电转换必需的器件——光互联光模块迎来了爆发式增长。

不过传统光学产品大多采用微光学技术，该技术有两个特点：一是由分立光学元件组成，二是利用多步耦合和激光焊接工序封装而成。因此这些产品均有着封装成本高、生产效率低、可靠性差等顽疾。

“传统技术的封装占据了60%的成本，我们需要采用创新方法使得封装更加简化，从而降低成本。”南通赛勒光电科技有限公司（简称：赛勒科技）创始人、董事长兼CEO甘甫烷对集微网说道。

而硅光子技术有效地克服了上述难题，相较于广泛采用的分立元器件，集成光子产品在尺寸、功耗、封装成本、生产效率、可靠性等方面更具优势。公开资料显示，该技术是以硅和硅基衬底材料作为光学介质，通过互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件，并利用这些器件对光子进行发射、传输、检测和处理，以实现其在光通信、光互连、光计算等领域中的实际应用。

得益于上述优势，硅光子技术被业界广泛看好。根据英特尔的预测，全球硅光电子市场会保持快速增长，整体市场将从2018年的40亿美元增长到2022年的110亿美元。

另外，市场调研机构LightCounting关于光模块行业的2021年预测显示，基于硅光技术的产品份额正在显著增长，预测硅光模块的份额将从2018-2019年的14%增长到2025年的45%。仅数据中心市场，2025年硅光模块市场规模将达到39亿美元。

除了引领全球光通信变革外，硅光子技术在其它领域也将大放异彩。甘甫烷指出，未来硅光子技术也将渗透到以下几个应用领域。一是血糖检测等消费健康类传感器市场；二是汽车雷达，电动汽车的兴起赋予了行业更多的可能性，硅光子雷达将来会逐步取代MEMS激光雷达；三是光计算领域。

资本助推技术迭代与量产

这一前景广阔的市场自然吸引了众多厂商“抢食”。从国内外市场格局来看，美国是硅光子领域起步最早也是发展最好的国家，欧洲和日本也在跟进，中国大概在2010年开始入局。

美国长期以来都非常注重光子产业的发展。1991年美国便成立了“美国光电子产业振兴会”，以引导资本和各方力量进入光电子领域。其中，受益于提早布局，美国公司英特尔成为了硅光技术产业化的主要推动者，IBM也在硅光器件、工艺和自动化封装方面做出了卓越贡献。

日本发展光电子技术时间也较早，于1980年成立了光产业技术振兴协会以推动光电子技术发展；欧洲则启动了HELIOS、PICMOS、ICT-STREAMS等一系列项目步步跟进；另外新加坡的IME是最早建立硅光子工艺的平台之一，也为硅光子作出了不可磨灭的贡献。

突破瓶颈打造差异化创新

面对尖端硅光市场，本土企业纷纷入局，但也将面对各种难题。国内厂商面临以下几点挑战，一是封装成本高。目前器件本身的瓶颈已慢慢消除，更多的瓶颈在于封装，使其成本降下来实属不易，需要利用创新手段实现低成本高效率的封装技术；二是国内的产业链还不够成熟，性价比高的DSP、激光器等不容易获得。三是硅光芯片的产能问题。目前晶圆代工产能本就已经供不应求，硅光芯片的量产时间不容易确定，因此晶圆代工厂不好接单。

在芯片技术的发展过程中，芯片的尺寸可谓是越做越小。台积电与三星在芯片代工上的较量某一方面就体现在3nm、2nm这种精密制程的优先量产上。随着芯片制程的逐步缩小，互连线引起的各种效应成为影响芯片性能的重要因素。电路和计算机系统专家杰克·赫兹（Jake Hertz）就撰文称，芯片互连是目前的技术瓶颈之一，而硅光子学则有可能解决这一问题。

互连线相当于微型电子器件内部的街道和高速公路，可将晶体管、电阻、电容等各个元件连接起来，并与外界进行互动交流。当芯片越做越小时，互联线也需要越来越细，互连线间距缩小，电子元件之间引起的寄生效应也会越来越影响电路的性能。常见的互连线材料诸如铝、铜、碳纳米管等，而这些材质的互联线无疑都会遇到物理极限，而光互连则不然。在各种光互连方案中，硅基光互连技术被认为是最有发展前途的一个方案。

阿里巴巴达摩院称，在光通信中，信号是以光的形式在网络内进行传播，但使用信号的终端却以电作为信息传递的媒介。因此，硅光芯片就成为了实现光电信号转换的关键部件，通过发送端和接收端两个端口的连接模块，其中发送端把电信号转换成光信号，接收端再把光信号转换成电信号。

硅光子技术的发展过程。

其实，硅光子技术并不是一项刚刚诞生的新技术。早在上世纪九十年代，IT行业人士就提出了与光子计算有关的一些概念，它们都是为了在芯片发展到物理极限后取而代之，以延续摩尔定律。

此后，IBM、英特尔、已被甲骨文收购的Sun Microsystems等公司均设立独立硅光子部门进行深入研究。2006年，英特尔和加州大学圣芭芭拉分校研发出世界上首款采用标准硅工艺制造的电子混合硅激光器。2008年，英特尔推出“雪崩硅激光探测器”，它一举将硅光子技术的增益带宽积提升到340GHz。但想要在纳米级上实现这一技术却并不容易，硅光子技术的发展目前来看远不及遵从摩尔定律挖掘芯片制程的潜能。随着摩尔定律逐渐遭遇天花板，硅光子技术的投入研发再次被重视。

业内人士将硅光技术的发展分为三个阶段。第一阶段是，用硅把光通信底层器件做出来，达到工艺的标准化。第二阶段是，集成技术从耦合集成向单片集成演进，实现部分集成，再把这些器件通过不同器件的组合，集成不同的芯片。第三阶段是，光电一体技术融合，实现光电全集成化。目前硅光技术已经发展到了第二个阶段。

同时，也有越来越多的科技公司开始加大对硅光子技术领域的研发投入。

格芯日前宣布推出新一代硅光子平台GF Fotonix，与包括博通、思科、美满电子和英伟达等公司合作，以此解决数据激增问题。GF Fotonix通过在单个硅芯片上结合光子系统、射频 (RF) 组件和高性能互补金属氧化物半导体 (CMOS) 逻辑，将以前分布在多个芯片上的复杂工艺整合到单个芯片上。格芯是唯一一家拥有300mm单片硅光子解决方案的纯晶圆代工厂。

同时，新思科技也与格芯加强合作，以光电统一芯片设计解决方案OptoCompiler支持GF Fotonix平台。OptoCompiler可为光子芯片提供完整的端到端设计、验证和签核解决方案，将成熟的专用光子技术与业界领先的仿真和物理验证工具相结合，开发者能够对复杂的光子芯片进行快速、准确的设计和验证。

芯片光学公司Ayar Labs近日宣布获得了由Boardman Bay Capital Management领投的1.3亿美元的C轮融资，在长长的投资名单中，英伟达、惠普和英特尔都有参投。本轮融资将被用于推动突破性I/O（Input/Output）光学解决方案的商业化进程。AyarLabs是由英特尔前高管Charles Wuischpard创立，致力于用高性价比的硅加工技术开发出高速、高密度、低功率的光学互连 “芯片”和激光器。