硅光子技術(shù)是基于硅材料，利用現(xiàn)有CMOS工藝進(jìn)行光器件開(kāi)發(fā)與集成的新一代通信技術(shù)。

硅光子技術(shù)的核心理念是“以光代電”，將光學(xué)器件與電子元件整合到一個(gè)獨(dú)立的微芯片中，利用激光作為信息傳導(dǎo)介質(zhì)，提升芯片間的連接速度。

隨著流量的持續(xù)爆發(fā)，芯片層面的“光進(jìn)銅退”將是大勢(shì)所趨，硅光子技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用化。

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定義：初識(shí)硅光子技術(shù)

硅光子技術(shù)，是讓光子作為信息載體，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，是一?xiàng)面向未來(lái)的顛覆性、戰(zhàn)略性和前瞻性技術(shù)。

集成電路的發(fā)展沿著摩爾定律已趨于極限，硅光子技術(shù)是超越摩爾研究領(lǐng)域的發(fā)展方向之一。

通過(guò)硅光集成，用光代替原來(lái)的電進(jìn)行傳輸，成本有可能降低到原來(lái)的十分之一甚至更低。

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需求：當(dāng)下傳統(tǒng)芯片到達(dá)天花板

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等應(yīng)用的快速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)流量呈快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，對(duì)傳輸?shù)男枨笠仓饾u提升。

目前，傳統(tǒng)光模塊主要利用III－V族半導(dǎo)體芯片、電路芯片、光學(xué)組件等器件封裝而成，本質(zhì)上屬于“電互聯(lián)”范疇。隨著晶體管加工尺寸逐漸縮小，電互聯(lián)將逐漸面臨傳輸瓶頸。

目前，對(duì)于傳統(tǒng)的三五族半導(dǎo)體光芯片，25Gbps已接近傳輸速率的瓶頸，進(jìn)一步提升速率需要采用PAM4等技術(shù)。

隨著高速光模塊在數(shù)據(jù)中心的大量運(yùn)用，傳統(tǒng)III－V族半導(dǎo)體的光芯片將面臨并行傳輸、三五族磊晶成本高昂等問(wèn)題。

在此背景下，硅光子技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為III－V族半導(dǎo)體之外的一大選擇。

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技術(shù)：超高精度＋速度＋市場(chǎng)的硅光子

硅光子是一種令人振奮的技術(shù)，是基于硅和硅基襯底材料（如 SiGe／Si、SOI 等），利用現(xiàn)有 CMOS 工藝進(jìn)行光器件開(kāi)發(fā)和集成的新一代技術(shù)，結(jié)合了集成電路技術(shù)的超大規(guī)模、超高精度制造的特性和光子技術(shù)超高速率、超低功耗的優(yōu)勢(shì)，是應(yīng)對(duì)摩爾定律失效的顛覆性技術(shù)。這種組合得力于半導(dǎo)體晶圓制造的可擴(kuò)展性，因而能夠降低成本。

硅光子架構(gòu)主要由硅基激光器、硅基光電集成芯片、主動(dòng)光學(xué)組件和光纖封裝完成，使用該技術(shù)的芯片中，電流從計(jì)算核心流出，到轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)發(fā)射到電路板上鋪設(shè)的超細(xì)光纖，到另一塊芯片后再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

硅光子（SiP）實(shí)現(xiàn)廉價(jià)且規(guī)模生產(chǎn)的光連接，從根本上改變光器件和模塊行業(yè)。

未來(lái)三五年內(nèi)，這種情況還不會(huì)發(fā)生，但硅光子技術(shù)可能在下個(gè)十年證明它是破壞性。

基于硅光子的光連接與電子ASIC、光開(kāi)關(guān)，或者（可能）新的量子計(jì)算設(shè)備的集成，將打開(kāi)一個(gè)廣闊的創(chuàng)新前沿。

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發(fā)展：硅光子芯片將呈現(xiàn)爆炸式成長(zhǎng)

光子芯片主要是將無(wú)數(shù)個(gè)光學(xué)系統(tǒng)整合在芯片上，就如同現(xiàn)今的半導(dǎo)體芯片，但將利用超微透鏡取代電晶體并以光子來(lái)進(jìn)行運(yùn)算。光子芯片與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體芯片相比，具有更高的運(yùn)算效率以及訊息傳輸量，也兼具耗能低、運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生較少的熱，所以無(wú)須復(fù)雜的散熱設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，因此被認(rèn)為在未來(lái)可延續(xù)摩爾定律，傳承舊有硅芯片的發(fā)展。

在眾多光子技術(shù)中，硅光子及其相關(guān)技術(shù)憑借其使用成本較低的硅與硅基襯底材料，并結(jié)合既有且技術(shù)成熟的CMOS技術(shù)，使其極其受到青睞，自2015年IBM公司研制硅光學(xué)芯片后，使該技術(shù)呈現(xiàn)爆發(fā)式的成長(zhǎng)，并使該技術(shù)自實(shí)驗(yàn)室走入市場(chǎng)，吸引微軟、亞馬遜及Facebook等公司的青睞，因?yàn)檫@些公司的數(shù)據(jù)中心常在云端資料連結(jié)并處理巨量的資料時(shí)，受限于傳統(tǒng)的銅線以及低速光纖的傳輸量，造成運(yùn)行效率低落。

預(yù)計(jì)到2022年，硅光子光收發(fā)器市場(chǎng)將超20億美元，在全球光收發(fā)器市場(chǎng)中占比超20％。從出貨量來(lái)看，到2022年，硅光子光收發(fā)器在總光收發(fā)器出貨量中的占比將不到2．5％。這些產(chǎn)品中的大多數(shù)將是高端產(chǎn)品－－100G或以上速率，因此定價(jià)也相對(duì)較高。

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競(jìng)爭(zhēng)：世界硅光子產(chǎn)業(yè)正蓄勢(shì)待發(fā)

由于這一技術(shù)未來(lái)將在數(shù)據(jù)通信、生化醫(yī)療、自動(dòng)駕駛、國(guó)防安全等大顯身手，硅光子技術(shù)正成為資本市場(chǎng)的寵兒，歐美一批傳統(tǒng)集成電路和光電巨頭通過(guò)并購(gòu)，正迅速進(jìn)入硅光子領(lǐng)域搶占高地，以傳統(tǒng)半導(dǎo)體強(qiáng)國(guó)為主導(dǎo)的全球硅光子產(chǎn)業(yè)格局悄然成形。

光芯片無(wú)需改變二進(jìn)制計(jì)算機(jī)的軟件原理，但可以輕易實(shí)現(xiàn)極高的運(yùn)算頻率，同時(shí)能耗非常低，不需要復(fù)雜的散熱裝置。但因技術(shù)上的原因，直到21世紀(jì)初開(kāi)始，以Intel和IBM為首的企業(yè)與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)率先重點(diǎn)發(fā)展硅芯片光學(xué)信號(hào)傳輸技術(shù)，期望能用光通路取代芯片之間的數(shù)據(jù)電路。

在投入廠商方面，除Intel、IBM、思科等，因硅光子技術(shù)涵蓋半導(dǎo)體技術(shù)與光學(xué)技術(shù)，加上此技術(shù)帶來(lái)大量數(shù)據(jù)或訊息交換的應(yīng)用，將會(huì)改變傳統(tǒng)通訊產(chǎn)業(yè)運(yùn)作模式，Mellanox 、Luxtera等光通信公司及設(shè)備商華為等公司皆投入相關(guān)研究。

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國(guó)內(nèi)：曲折發(fā)展一路向前

2015年4月9日，美國(guó)商務(wù)部發(fā)布報(bào)告，決定拒絕英特爾向中國(guó)的國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心出售至采用硅光子技術(shù)“至強(qiáng)”（XEON）芯片用于天河二號(hào)系統(tǒng)升級(jí)的申請(qǐng)；

對(duì)于突然實(shí)行至強(qiáng)芯片禁運(yùn)的原因，美國(guó)方面給出的解釋是這4家中國(guó)超算中心從事“違反”美國(guó)國(guó)家安全或外交政策利益的活動(dòng)；

隨即2016年3月7日，中興通訊首度遭受美國(guó)商務(wù)部制裁，不僅不允許其在美國(guó)國(guó)內(nèi)采購(gòu)芯片，并要求供應(yīng)商全面停止對(duì)中興的技術(shù)支持，制裁條款整整實(shí)行的1年；在當(dāng)時(shí)，美國(guó)著名硅光子公司ACACIA每年25％硅光子模塊的產(chǎn)量都是銷往中興通訊。

2017年，上海市政府將硅光子列入首批市級(jí)重大專項(xiàng)，投入大量經(jīng)費(fèi)，布局硅基光互連芯片研發(fā)和生產(chǎn)，目的打造硅光子芯片全產(chǎn)業(yè)鏈，掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，讓國(guó)內(nèi)企業(yè)擺脫對(duì)國(guó)外光芯片供應(yīng)商的依賴。

年底工信部發(fā)布的《中國(guó)光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018－2022年）》中指出，目前高速率光芯片國(guó)產(chǎn)化率僅3％左右，要求在2022年中低端光電子芯片的國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)60％，高端光電子芯片國(guó)產(chǎn)化率突破 20％。

到了2018年1月，國(guó)內(nèi)第一個(gè)硅光子工藝平臺(tái)在上海成立，可以提供綜合集成技術(shù)的流片服務(wù)，流片器件及系統(tǒng)性能指標(biāo)與國(guó)際最優(yōu)水平相當(dāng)，流片速度相比國(guó)外的流片代工線，速度快了一倍，只需3個(gè)月。

隨著流量的持續(xù)爆發(fā)，芯片層面的“光進(jìn)銅退”將是大勢(shì)所趨，硅光子技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用化。