集成光子学早已在高速通信领域崭露头角。现在，光子学正在进一步扩展到特定应用的用例。

然而，特定应用的光子学带来了一些技术和后勤挑战。为了缓解其中一些挑战，光子计算公司 iPronics 正在开发软件可编程光子处理器技术。7 月 27 日，iPronics 成功筹集了 370 万美元以帮助加速采用其技术成为头条新闻：所谓的第一个可通过软件重新配置的通用光子处理器。

几十年来，英特尔联合创始人戈登·摩尔在1965年提出的摩尔定律，不仅成为计算机处理器的制造准则，某种程度上也被看作科技行业的前进预言。

然而，自从1958年仙童半导体公司发明集成电路后，以硅为基础的电子芯片已经发展了几十年。

如今，电子芯片的承载能力已经逼近了物理理论的极限。

光子芯片的出现，被看作突破摩尔定律的有效途径之一。

相比电子芯片有独特优势

“光子芯片简单说就是利用光信号进行数据获取、传输、计算、存储和显示的芯片。”中科创星董事总经理张思申向科技日报记者解释，相对于电子驱动的集成电路，光子芯片的独特优势十分明显。未来，无论是互联网、5G还是物联网领域，在基础设施方面都离不开光纤和光学器件。

据张思申介绍，相比传统的电子芯片，光子芯片有很多优势，主要表现为高速率和低功耗。光信号以光速传输，速度得到巨大提升；理想状态下，光子芯片的计算速度比电子芯片快约1000倍。光子计算消耗能量少，光计算功耗有望低至每比特10—18焦耳（10—18J/bit），相同功耗下，光子器件比电子器件快数百倍。

另外，光具有天然的并行处理能力以及成熟的波分复用技术，从而使光子芯片的数据处理能力、容量及带宽均大幅度提升；光波的频率、波长、偏振态和相位等信息可以代表不同的数据，且光路在交叉传输时互不干扰。这些特性使得光子擅长做并行运算，与多数计算过程花在“矩阵乘法”上的人工神经网络相契合。

“总体而言，光子芯片具有高计算速度、低功耗、低时延等特点，且不易受到温度、电磁场和噪声变化的影响。”张思申说，光子芯片可以采用硅基半导体工艺来制造，形成光波导等无源器件。并且不追求工艺尺寸的极限缩小，突破了工艺的限制，有更多的性能提升空间。此外，光子芯片提供了全新的芯片设计架构思路，彻底颠覆原有的设计理念，有更多的设计创意空间。光子芯片可以与三五族化合物半导体形成的发光器件封装在一起来实现光电集成。未来将过渡到异质集成，实现真正的光电集成芯片。

进口替代星辰大海，国产化渐次突破

光模块、激光器、激光雷达等中下游环节国产化顺利，带动上游光芯片国产替代进程

光模块、光纤激光器、激光雷达等产业链中下游环节国产化进展顺利。目前我国光模块、 光纤激光器、激光雷达等下游细分领域已具备较强竞争实力，推动相关领域国产化进展持 续迈进。 光模块方面，根据 Lightcounting 于 2022 年 5 月发布的统计数据，2021 年全球前十大光模 块厂商，中国厂商占据六席，分别为旭创（与 II-VI 并列第一）、华为海思（第三）、海信宽 带（第五）、光迅科技（第六）、华工正源（第八）及新易盛（第九）；相比于 2010 年全球 前十大厂商主要为海外厂商，国内仅 WTD（武汉电信器件有限公司，2012 年与光迅科技 合并）一家公司入围，体现出十年以来国产光模块厂商竞争实力及市场地位的快速提升；

光纤激光器方面，根据由中国科学院武汉文献情报中心牵头编写的《2022 中国激光产业发 展报告》，国内市场前三大光纤激光器厂商中，IPG 市场份额由 2018 年的 49.0%下降至 2021 年的 28.1%，而锐科激光、创鑫激光市场份额由 2018 年的 17.3%/8.9%分别上升至 2021 年的 27.3%/18.3%，此外杰普特、飞博激光、GW 光惠、大族光子、热刺激光、凯普林等 国产品牌市场份额也进入前列，国产替代步伐持续迈进；

激光雷达方面，国内完善的汽车上游零部件/光通信产业链为激光雷达产业快速发展奠定基 础。根据 Yole 发布的《2021 年汽车与工业领域激光雷达应用报告》，截至 2021 年 9 月， 在全球公开的 29 个设计中标（design win）中，中国厂商共有 7 项激光雷达设计方案，其 中速腾聚创、览沃科技、华为和禾赛科技分别为 3/2/1/1 项，合计占全球方案总数的 23%， 是全球激光雷达市场重要参与者。

光芯片部分细分市场已处于国产化加速渗透阶段

在中下游的激光器及相关设备国产化进展持续推进背景下，光芯片作为上游核心元器件是 我国光电子领域国产化下一阶段亟需突破的重点环节。从国产化进展来看，当前我国高功 率激光芯片、部分高速率激光芯片（10G、25G 等）等已处于国产化加速突破阶段；而光 探测芯片、25G 以上高速率激光芯片仍处于进口替代早期阶段，未来国产化提升空间广阔。

电子芯片仍占主导地位

尽管光子芯片的优势明显，但张思申直言，目前在芯片领域，电子芯片仍占据主导地位。特别是存储领域，仍是电存储芯片的天下，光存储还未实现量产突破。在传输相关领域，如光通讯上，光子芯片已经被大量使用，占主要地位。在逻辑运算领域，未来的趋势是光电集成的结合，还需要很长一段时间逐步替代，才能实现全光计算。“总体来说，目前只在个别计算和传输领域，光子芯片可以取代电子芯片的地位。”他说。

从工艺上看，光子芯片摆脱了对摩尔定律不断缩小工艺尺寸的依赖，从而降低了对先进工艺的需求，一定程度上减轻了当前芯片发展的关键问题。“实际上我们可以看到，很多实现量产的高端光子芯片来自海外，这一现状需要我们国内的光子芯片企业不断努力，提高产品性能，提高国产化率。”张思申说。

“如今光子计算仍处于早期阶段，最大的挑战来自于对于光计算芯片上光学器件密度的提升。在这一全新赛道上，我们虽然没有前路可以借鉴，但发展前景令人十分期待。光学计算已经在商业化道路上迈出了重要的一步，相信在未来的两三年内，我们可以看到光子计算芯片的应用，开启计算革命。”张思申说。

来源：半导体行业观察，光明网，未来智库