光子晶片成為光通信「制高點」，論國內外發展態勢

5G 網絡技術快速發展，信息傳輸容量和速率關係國計民生，光通信產業由此成為各國戰略布局的重要領域。誰能率先在光晶片技術上實現突破，誰就能搶佔光通信產業鏈的「制高點」。

光子晶片即將成主流

中科院專家介紹，光晶片正在逐步取代傳統的電晶片，成為通信晶片、人工智慧晶片的主流。

光晶片也即光電子通信晶片，主要應用於光通信領域，是用來完成光電信號轉換的。它相當於信息中轉站，在行動裝置上屬於一個核心設備。

光晶片是將磷化銦的發光屬性和矽的光路由能力整合到單一混合晶片中。當給磷化銦施加電壓時產生光束，光束進入矽片的波導，產生持續的雷射束，雷射束可以驅動其他矽光子器件。

在光通訊領域的帶動下，矽基光電子技術在過去十年成長顯著。通過在傳統 CMOS 晶片上蝕刻微米級別的光學元器件，從而提高光學元器件的集成度。

光子晶片決定系統性能

與傳統電子晶片相比，具有運算速度快、信息失真小、消耗能量少等突出優勢。在光通信系統中，光子晶片佔據著技術與價值的制高點，光晶片的性能直接決定著整個系統的性能。

作為一種完全不同於電子計算的技術，光子計算以光子為信息處理載體，依賴光硬體而非電子硬體，以光運算代替電運算，擅長快速並行處理高度複雜的計算任務，但它一直沒找到合適的應用場景，且受限於傳統分離式光子器件，具有光場調控手段單一、光子設計體積龐大的缺點。因此，光子計算一直都停留在實驗室階段。

我國光通信技術有待提升

我國光通信產業中、下遊發展迅猛，但上遊晶片仍嚴重依賴進口，獨立生產光通信晶片的企業較少。現在市面上，大多數還是以電子晶片為主流，光子晶片需要深厚的技術積累，研發和生產周期長，所以光通信晶片技術成為中國光通信產業的軟肋。

如光子晶片的製造工藝和器件稀缺是目前面臨的痛點。由於過長的波長限制晶片體積微縮的可能，同時光學裝置須要更精確的做工，光束傳輸的些微偏差會造成巨大的問題，相對需要高技術及高成本;光電子需要小尺寸、大帶寬、低功耗的調製器;陶瓷套管 / 插芯、光收發接口等技術也是國內困擾企業的難題。

國產光子晶片彎道超車

目前國內比較出色的光子晶片公司是曦智科技、鯤遊光電、長光華芯、縱慧芯光和陝西源傑半導體等。

①曦智科技（Lightelligence）是全球光子計算晶片領域融資額最高，專注光子計算晶片設計，2017 年，沈亦晨（曦智科技聯合創始人兼 CEO）與其所在的麻省理工學院團隊在《自然 - 光子學》 雜誌發表了一篇關於光子計算的論文；2018 年曦智科技成立；2019 年 4 月，其發布了全球首款光子晶片原型板卡，並通過流片驗證。根據 CB Insights 的數據，其已獲融資總額近 4000 萬美元，是全球光子計算晶片領域融資額最高的公司。

②鯤遊光電（North Ocean Photonics）是華為哈勃加持的晶圓級光晶片。鯤遊光電成立於 2016 年，專注於晶圓級光晶片的研發與應用，致力於探索通過半導體工藝與光學工藝的融合，以半導體晶圓思路設計、製成納米級、低成本的光學晶片。其主要關注 3D 成像系列、AR 及新型光學顯示系列、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，並成為其第二大機構股東。今年 3 月，鯤遊光電新獲 2 億元 B 輪融資。

③長光華芯（Everbright）是全球少數集研發和量產高功率半導體雷射器晶片於一體的公司之一。長光華芯主要致力於高功率半導體雷射器晶片、高速光通信半導體雷射晶片、高效率半導體雷射雷達 3D 傳感晶片及相關光電器件和應用系統的研發、生產和銷售。其自主研發的高功率 915nm 雷射晶片，發光區寬度為 90μm，轉換效率可達 65%，現已累計銷售晶片超過 200 萬片，是全球少數幾家研發和量產高功率半導體雷射器晶片的公司。

④縱慧芯光（Vertilite）是華為 Mate30 Pro 前、後置 TOF 的 VCSEL 供應商，縱慧芯光專注於光通訊專用 VCSEL 晶片、3D 傳感專用 VCSEL 晶片的標準品開發，以及基於行業需求定製晶片和解決方案，其已作為 Mate30 Pro 前置和後置 TOF 供應商進入華為的供貨商系統。2019 年 2 月獲得上億元級 B+ 輪融資，領投方為武嶽峰，前海母基金、追遠創投、五嶽華諾等跟投。

⑤陝西源傑半導體（Yuanjie Semiconductor）是專注高可靠性的國產雷射晶片設計公司。陝西源傑半導體關注光通信用半導體雷射器晶片的研發、生產和銷售。主要從事開發可靠性高的光通信雷射器；其可獨立進行外延到晶片端的設計與製造，是國內少數具備電子束技術設備的公司，共同推動未來矽光子技術產品前進。

國外光子晶片發展現狀

美國一直注重光子產業的發展，早在 1991 年就成立了「美國光電子產業振興會」(OIDA)，以引導資本和各方力量進入光電子領域。

2008~2013 年，DARPA 開始資助「超高效納米光子晶片間通訊」項目。目標是開發和 CMOS 兼容的光子技術用於高通量的通訊網絡。

2014 年，美國建立了「國家光子計劃」產業聯盟，明確將支持發展光學與光子基礎研究與早期應用研究計劃開發，支持 4 大研究領域及 3 個應用能力技術開發，並提出了每一項可開發領域的機會和目標。

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

日本發展光電子技術時間也較早，1980 年為推動光電子技術的發展，日本成立了光產業技術振興協會(OITDA)。

在產業化及市場方面，由於光電領域的重大技術發明多產生於美國，因此，早期日本政府主要是靠引進外國技術進行消化吸收，後期則是自主創新過程。

2010 年，日本開始實施尖端研究開發資助計劃(FIRST)，該計劃由日本內閤府提供支援。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到 1000 億日元。光電子融合系統基礎技術開發(PECST)是 FIRST 計劃的一部分，以在 2025 年實現「片上數據中心」為目標。

結尾：光子晶片應用前景廣闊

在國家政策以及資金的大力扶植之下，光電產業正在迅速發展，中高端晶片也逐漸由國外進口，轉向自主研發、供給。在新興科技的發展與中國整體市場的推動作用下，光通訊行業將迎來全面發展。

未來，隨著光子晶片技術的成熟，晶片封裝成本的進一步降低，光子晶片將從伺服器、大型數據中心、超級電腦等大型設備進入機器人、PC、手機等小型行動裝置。光子晶片技術運用在將在多媒體和智能終端、超級計算、軍事安全等領域。