光子芯片根据基材的不同，大致可分为两类：一种是在以InP为代表的“有源材料”上集成制作元件的光芯片；另一种则是在以硅为代表的“无源材料”上制作的，即硅光芯片。

 

硅光芯片是将硅光材料和器件通过特殊工艺制造的集成电路，主要由光源、调制器、有源芯片等组成，通常将光器件集成在同一硅基衬底上。硅光芯片在保持光器件高灵敏度的基础上兼具低成本、低功耗、高速、超小型化和超轻超薄等独特优势。

 

2021年阿里巴巴达摩院发布的2022年十大科技趋势预测中，硅光芯片技术就位列其中。

 

硅光芯片集成技术具有广阔的应用前景，在消费电子、激光雷达、人工智能计算、量子通信等领域都有较大发展空间。

 

硅光技术的应用

 

首先是消费电子和量子通信领域。在消费电子领域，硅光的高集成度特性非常适合消费电子的需求，因为智能传感、移动终端等产品均可利用硅光技术在有限的空间集成更多的器件。因此，针对消费电子的硅光应用会有更多应用场景。

 

在量子通信领域，由于硅光技术保密性强、集成度高、适合复杂光路控制等优势，有望成为量子通信的重要技术方案。

 

其次是在人工智能和激光雷达的应用。硅基光电子芯片凭借光子的独特性质，能够在人工神经网络的计算处理中发挥高带宽、低时延等优势。在处理深度学习中大量的矩阵计算的乘加任务时，硅基光电子芯片拥有更高的处理速度和更低的能耗，从而有利于深度学习中的人工神经网络计算速度和性能的提升。

 

传统激光雷达系统通常使用离散的机械和光学组件来制造，从而导致解决方案的可靠性验证难度大，同时成本较高。如果通过半导体制造工艺，将数千个光学和电子元件组合到一个芯片上，便可以很好地解决这个问题。

 

国科光芯创始人刘敬伟曾表示：硅光技术是实现激光雷达的最好路径。硅光技术可将复杂的光学器件组成的激光雷达系统集成（或大部分集成）于一颗硅光芯片上，并采用CMOS工艺进行加工，在实现很低成本的同时获得卓越性能。近年来已经有不少光通讯器件厂商开始把下一个应用市场转向激光雷达赛道，并将激光雷达核心收发功能集成到一颗芯片中。

 

不过，硅光子当前发展最成熟的是包含数据中心互连收发器在内的连接领域，涉及数据中心、高性能数据交换、长距离互联、5G基础设施等。后续将逐步扩展到人工智能、激光雷达和其他传感器等新兴应用中。

 

硅光芯片成兵家必争之地

 

纵观硅光子在全球的发展情况，美国是硅光子最先兴起的，也是目前发展最超前的国家。

 

早在1969年，贝尔实验室的S.E.Miller首次提出了集成光学的概念，但是由于InP波导的高损耗和工艺落后难以实现大规模集成，这一技术在当时未能掀起波澜，之后将这一技术发扬光大的是Intel。2010年Intel开发出首个50Gb/s超短距硅基集成光收发芯片后，硅光芯片开始进入产业化阶段。随后欧美一批传统集成电路和光电巨头通过并购迅速进入硅光子领域抢占高地。目前英特尔也是在硅光领域布局最全面的公司。

 

中国真正开始大规模研究硅光子是在2010年左右，之前多为学术上的研究，起步晚导致中国在硅光子的产品化进程上不如美国。但中国对于硅光子技术研发方面人才和资金的大规模投入，使得国内硅光产业与国外差距并没有十年之久。2017年中国的硅光产业迎来快速发展。

 

从产业链进展看，全球硅光产业链已经逐渐成熟，从基础研发到商业应用的各个环节均有代表性的企业。

 

其中以Intel、思科、Inphi为代表的美国企业占据了硅光芯片和模块出货量的大部分，成为业内领头羊。国内厂商主要有中际旭创、熹联光芯、华工科技、新易盛、光迅科技、博创科技、华为、亨通光电等。虽然国产厂商进入该领域较晚，市场份额相对较小，但是通过近年来在技术上的快速追赶，国产厂商与国外厂商在技术上的差距已经在逐步缩小。