我國光通信技術(shù)有待提升，光子芯片應(yīng)用前景廣闊

前言：

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，信息傳輸容量和速率關(guān)系國計民生，光通信產(chǎn)業(yè)由此成為各國戰(zhàn)略布局的重要領(lǐng)域。誰能率先在光芯片技術(shù)上實現(xiàn)突破，誰就能搶占光通信產(chǎn)業(yè)鏈的“制高點”。

光子芯片即將成主流

中科院專家介紹，光芯片正在逐步取代傳統(tǒng)的電芯片，成為通信芯片、人工智能芯片的主流。

光芯片也即光電子通信芯片，主要應(yīng)用于光通信領(lǐng)域，是用來完成光電信號轉(zhuǎn)換的。它相當(dāng)于信息中轉(zhuǎn)站，在移動設(shè)備上屬于一個核心設(shè)備。

光芯片是將磷化銦的發(fā)光屬性和硅的光路由能力整合到單一混合芯片中。當(dāng)給磷化銦施加電壓時產(chǎn)生光束，光束進入硅片的波導(dǎo)，產(chǎn)生持續(xù)的激光束，激光束可以驅(qū)動其他硅光子器件。

在光通訊領(lǐng)域的帶動下，硅基光電子技術(shù)在過去十年成長顯著。通過在傳統(tǒng) CMOS 芯片上蝕刻微米級別的光學(xué)元器件，從而提高光學(xué)元器件的集成度。

光子芯片決定系統(tǒng)性能

與傳統(tǒng)電子芯片相比，具有運算速度快、信息失真小、消耗能量少等突出優(yōu)勢。在光通信系統(tǒng)中，光子芯片占據(jù)著技術(shù)與價值的制高點，光芯片的性能直接決定著整個系統(tǒng)的性能。

作為一種完全不同于電子計算的技術(shù)，光子計算以光子為信息處理載體，依賴光硬件而非電子硬件，以光運算代替電運算，擅長快速并行處理高度復(fù)雜的計算任務(wù)，但它一直沒找到合適的應(yīng)用場景，且受限于傳統(tǒng)分離式光子器件，具有光場調(diào)控手段單一、光子設(shè)計體積龐大的缺點。因此，光子計算一直都停留在實驗室階段。

我國光通信技術(shù)有待提升

我國光通信產(chǎn)業(yè)中、下游發(fā)展迅猛，但上游芯片仍嚴(yán)重依賴進口，獨立生產(chǎn)光通信芯片的企業(yè)較少?，F(xiàn)在市面上，大多數(shù)還是以電子芯片為主流，光子芯片需要深厚的技術(shù)積累，研發(fā)和生產(chǎn)周期長，所以光通信芯片技術(shù)成為中國光通信產(chǎn)業(yè)的軟肋。

如光子芯片的制造工藝和器件稀缺是目前面臨的痛點。由于過長的波長限制芯片體積微縮的可能，同時光學(xué)裝置須要更精確的做工，光束傳輸?shù)男┪⑵顣斐删薮蟮膯栴}，相對需要高技術(shù)及高成本；光電子需要小尺寸、大帶寬、低功耗的調(diào)制器；陶瓷套管／插芯、光收發(fā)接口等技術(shù)也是國內(nèi)困擾企業(yè)的難題。

國產(chǎn)光子芯片彎道超車

目前國內(nèi)比較出色的光子芯片公司是曦智科技、鯤游光電、長光華芯、縱慧芯光和陜西源杰半導(dǎo)體等。

① 曦智科技（Lightelligence）是全球光子計算芯片領(lǐng)域融資額最高，專注光子計算芯片設(shè)計，2017 年，沈亦晨（曦智科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼 CEO）與其所在的麻省理工學(xué)院團隊在《自然－光子學(xué)》 雜志發(fā)表了一篇關(guān)于光子計算的論文；2018 年曦智科技成立；2019 年 4 月，其發(fā)布了全球首款光子芯片原型板卡，并通過流片驗證。根據(jù) CB Insights 的數(shù)據(jù)，其已獲融資總額近 4000 萬美元，是全球光子計算芯片領(lǐng)域融資額最高的公司。

② 鯤游光電（North Ocean Photonics）是華為哈勃加持的晶圓級光芯片。鯤游光電成立于 2016 年，專注于晶圓級光芯片的研發(fā)與應(yīng)用，致力于探索通過半導(dǎo)體工藝與光學(xué)工藝的融合，以半導(dǎo)體晶圓思路設(shè)計、制成納米級、低成本的光學(xué)芯片。其主要關(guān)注 3D 成像系列、AR 及新型光學(xué)顯示系列、5G 高速光通訊模塊系列。2019 年底，華為旗下哈勃科技投資參與融資，并成為其第二大機構(gòu)股東。今年 3 月，鯤游光電新獲 2 億元 B 輪融資。

③ 長光華芯（Everbright）是全球少數(shù)集研發(fā)和量產(chǎn)高功率半導(dǎo)體激光器芯片于一體的公司之一。長光華芯主要致力于高功率半導(dǎo)體激光器芯片、高速光通信半導(dǎo)體激光芯片、高效率半導(dǎo)體激光雷達(dá) 3D 傳感芯片及相關(guān)光電器件和應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。其自主研發(fā)的高功率 915nm 激光芯片，發(fā)光區(qū)寬度為 90μm，轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 65％，現(xiàn)已累計銷售芯片超過 200 萬片，是全球少數(shù)幾家研發(fā)和量產(chǎn)高功率半導(dǎo)體激光器芯片的公司。

④ 縱慧芯光（Vertilite）是華為 Mate30 Pro 前、后置 TOF 的 VCSEL 供應(yīng)商，縱慧芯光專注于光通訊專用 VCSEL 芯片、3D 傳感專用 VCSEL 芯片的標(biāo)準(zhǔn)品開發(fā)，以及基于行業(yè)需求定制芯片和解決方案，其已作為 Mate30 Pro 前置和后置 TOF 供應(yīng)商進入華為的供貨商系統(tǒng)。2019 年 2 月獲得上億元級 B＋ 輪融資，領(lǐng)投方為武岳峰，前海母基金、追遠(yuǎn)創(chuàng)投、五岳華諾等跟投。

⑤ 陜西源杰半導(dǎo)體（Yuanjie Semiconductor）是專注高可靠性的國產(chǎn)激光芯片設(shè)計公司。陜西源杰半導(dǎo)體關(guān)注光通信用半導(dǎo)體激光器芯片的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。主要從事開發(fā)可靠性高的光通信激光器；其可獨立進行外延到芯片端的設(shè)計與制造，是國內(nèi)少數(shù)具備電子束技術(shù)設(shè)備的公司，共同推動未來硅光子技術(shù)產(chǎn)品前進。

國外光子芯片發(fā)展現(xiàn)狀

美國一直注重光子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，早在1991年就成立了“美國光電子產(chǎn)業(yè)振興會”（OIDA），以引導(dǎo)資本和各方力量進入光電子領(lǐng)域。

2008～2013年，DARPA開始資助“超高效納米光子芯片間通訊”項目。目標(biāo)是開發(fā)和CMOS兼容的光子技術(shù)用于高通量的通訊網(wǎng)絡(luò)。

2014年，美國建立了“國家光子計劃”產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，明確將支持發(fā)展光學(xué)與光子基礎(chǔ)研究與早期應(yīng)用研究計劃開發(fā)，支持4大研究領(lǐng)域及3個應(yīng)用能力技術(shù)開發(fā)，并提出了每一項可開發(fā)領(lǐng)域的機會和目標(biāo)。

美國以IBM、Intel、Luxtera公司為代表，近年來都在光互連技術(shù)研發(fā)方面取得了不錯的成績。

日本發(fā)展光電子技術(shù)時間也較早，1980年為推動光電子技術(shù)的發(fā)展，日本成立了光產(chǎn)業(yè)技術(shù)振興協(xié)會（OITDA）。

在產(chǎn)業(yè)化及市場方面，由于光電領(lǐng)域的重大技術(shù)發(fā)明多產(chǎn)生于美國，因此，早期日本政府主要是靠引進外國技術(shù)進行消化吸收，后期則是自主創(chuàng)新過程。

2010年，日本開始實施尖端研究開發(fā)資助計劃（FIRST），該計劃由日本內(nèi)閣府提供支援。FIRST計劃是從600個提案中選出30個核心科研項目予以資助，項目資助的總金額達(dá)到1000億日元。光電子融合系統(tǒng)基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)（PECST）是FIRST計劃的一部分，以在2025年實現(xiàn)“片上數(shù)據(jù)中心”為目標(biāo)。

結(jié)尾：光子芯片應(yīng)用前景廣闊

在國家政策以及資金的大力扶植之下，光電產(chǎn)業(yè)正在迅速發(fā)展，中高端芯片也逐漸由國外進口，轉(zhuǎn)向自主研發(fā)、供給。在新興科技的發(fā)展與中國整體市場的推動作用下，光通訊行業(yè)將迎來全面發(fā)展。

未來，隨著光子芯片技術(shù)的成熟，芯片封裝成本的進一步降低，光子芯片將從服務(wù)器、大型數(shù)據(jù)中心、超級電腦等大型設(shè)備進入機器人、PC、手機等小型移動設(shè)備。光子芯片技術(shù)運用在將在多媒體和智能終端、超級計算、軍事安全等領(lǐng)域。
責(zé)編AJX