顶级公司选择光学 I/O 来推动计算超越百亿亿次级并进入泽级。该技术在 AMD 首席执行官苏丽莎最近的一次演讲中被选为从功率和性能角度实现 zettascale 计算的关键技术。“光通信是一个关键领域，我们认为它对我们达到类似 zettascale 类型的计算能力非常非常重要，”Lisa Su 说。

光通信已经使用了几十年，主要用于电信，以加快长距离传输。到目前为止，硬件需要可插拔模块来传输和接收信号，因为数据要从一个点长距离传输到另一个点。但是芯片制造商现在正在使光学 I/O 更接近芯片层，以便在超级计算机和数据中心基础设施中进行短距离通信。例如，光学器件可用于近距离连接 GPU。

Lisa Su也表示，AMD 正在与 DARPA 合作将光学解决方案封装到芯片中。

使用以太网和 InfiniBand 等技术的英特尔也将硅光子学视为其 zettascale 计划的组成部分。英特尔在其未来基于小芯片的芯片设计中采用光学封装来解决带宽和能效问题，其中计算核心可以像模块一样拼接在一起。

英特尔当前的名为 Ponte Vecchio 的超级计算 GPU 拥有一项名为 XE Link 的技术，这是一种提供 GPU 之间通信链接的tiles。“其中一些可以升级到光学 I/O，”英特尔公司副总裁兼加速计算系统和图形事业部临时总经理 Jeff McVeigh 在去年的新闻发布会上说。

Broadcom 也在追逐小芯片上的光学互连。该公司是最近进入光学 I/O 领域的公司，本月早些时候宣布了一种集成度更高的光学 I/O，其通信速度可达每秒 51.2 太比特。

光芯片迎来发展机遇

半个世纪以来，微电子技术大致遵循着“摩尔定律”快速发展，随着信息技术的不断拓宽和深入，芯片的工艺制程已减小到 5nm 以下，但由此带来的串扰、发热和高功耗问题愈发成为微电子技术难以解决的瓶颈。

同时，在现有冯诺依曼计算系统采用存储和运算分离的架构下，存在“存储墙”与“功耗墙”瓶颈，严重制约系统算力和能效的提升。此外，处理器与内存之间、处理器与处理器之间信息交互的速度严重滞后于处理器计算速度，访存与I/O瓶颈导致处理器计算性能有时只能发挥出10%，这对计算发展形成了极大制约。

电子芯片的发展逼近摩尔定律极限，继续在电子计算技术范式上寻求突破口步履维艰。在面向“后摩尔时代”的潜在颠覆性技术里，光芯片已进入人们的视野。

光芯片，一般是由化合物半导体材料（InP和GaAs等）所制造，通过内部能级跃迁过程伴随的光子的产生和吸收，进而实现光电信号的相互转换。

微电子芯片采用电流信号来作为信息的载体，而光子芯片则采用频率更高的光波来作为信息载体。相比于电子集成电路或电互联技术，光芯片展现出了更低的传输损耗 、更宽的传输带宽、更小的时间延迟、以及更强的抗电磁干扰能力。

此外，光互联还可以通过使用多种复用方式（例如波分复用WDM、模分互用MDM等）来提高传输媒质内的通信容量。因此，建立在集成光路基础上的片上光互联被认为是一种极具潜力的技术，能够有效突破传统集成电路物理极限上的瓶颈。

回顾光芯片发展历程，早在1969年美国的贝尔实验室就已经提出了集成光学的概念。但因技术和商用化方面的原因，直到21世纪初，以Intel和IBM为首的企业与学术机构才开始重点发展硅芯片光学信号传输技术，期望能用光通路取代芯片之间的数据电路。

近年来随着技术的发展，包括硅、氮化硅、磷化铟、III-V族化合物、铌酸锂、聚合物等多种材料体系已被用于研发单片集成或混合集成的光子芯片。

在过去数年里，光子集成技术的发展已经取得了许多进展和突破。

据了解，目前纯光子器件已能作为独立的功能模块使用，但是，由于光子本身难以灵活控制光路开关，也不能作为类似微电子器件的存储单元，纯光子器件自身难以实现完整的信息处理功能，依然需借助电子器件实现。因此，完美意义上的纯“光子芯片”仍处于概念阶段，尚未形成可实用的系统。严格意义上讲，当前的“光子芯片”应该是指集成了光子器件或光子功能单元的光电融合芯片，仍存在无法高密度集成光源、集成低损耗高速光电调制器等问题。

光子集成电路虽然目前仍处于初级发展阶段，不过其成为光器件的主流发展趋势已成必然。光子芯片需要与成熟的电子芯片技术融合，运用电子芯片先进的制造工艺及模块化技术，结合光子和电子优势的硅光技术将是未来的主流形态

高速数据处理和传输构成了现代计算系统的两大支柱，而光芯片将信息和传输和计算提供一个重要的连接平台，可以大幅降低信息连接所需的成本、复杂性和功率损耗。随着光芯片技术的发展迭代，大型云计算厂商和一些企业客户的需求都在从100G过渡到400G，400GbE的数据通信模块出货量翻了一倍，在2021年达到创纪录的水平。

由此可见，光器件行业整个产业链都在持续向满足更高速率、更低功耗、更低成本等方向演进升级，800G及更高速率产品也逐渐开始使用，不同细分领域都面临新技术的迭代和升级。

迄今为止，硅光子商业化较为成熟的领域主要在于数据中心、高性能数据交换、长距离互联、5G基础设施等光连接领域，800G及以后硅光模块性价比较为突出。此外，Yole认为未来几年内增长最快的将是汽车激光雷达、消费者健康和光子计算领域的应用。

光芯片产业多路径发展部署加快

光芯片产业分布相对集中，发达国家正积极部署并致力于打造区域特色。光芯片产业主要分布在北美、欧洲、东亚、南亚四大地区。美国产业实力整体较为强劲，拥有Intel、IBM、Infinera等世界领先的光芯片企业，并通过成立光子集成研究院AIM Photonics等方式引导各方资源投入光芯片产业。欧洲高度重视光芯片产业发展，形成了科研院所与企业联合代工等产业模式，积极构建标准化光芯片代工生态链，并通过“地平线计划”等项目推动光芯片技术发展。其他国家也充分发挥自身优势，积极打造区域特色的光芯片产业。

光芯片产业快速建设，部分领域产业布局已成熟完整。在全球芯片短缺的大环境下，相关科研院所和产业机构均投入大量的人力、物力和财力发展光子集成技术产业体系，推动光芯片产业高速发展。当前，光芯片在移动通信、激光加工等传统领域的产业布局已相对完整，但在消费健康、3D传感、高性能计算等新兴领域仍处于产业化初期或前夕阶段，全生态体系构建仍然面临诸多问题。

光芯片产业路线多样，标准化难度较大。光芯片产业链需要应用需求、开发设计、加工制造、封装测试等多个产业环节之间的相互配合。受材料体系多样、器件类型丰富、光电领域差异等因素影响，不同企业制造的相同功能产品，采用的技术方案存在较大差异，形成了多样性的产业路线，产业链各环节也相应地向不同的产业路线靠拢并逐渐细化。多样化的路线导致产业链标准化难度加大，催生了面向个性化定制化的产业形态。

芯片企业：谨慎中前进

目前全球芯片技术已经进入了3nm时代，由台积电和三星两家厂商生产，叠加制造设备受限等等问题，我国很难在传统制造工艺和思路上进行突破。

但上文光子芯片有望量产的消息，则带来了新的希望。

这意味着光子芯片逐渐突破既往研究桎梏，来到一个新的十字路口。如果能够在后期实现成功量产，中国芯也许有望打破被卡脖子的局面。

无论是理论还是实践，光子芯片的新成就，也是政策扶持导向的结果。

去年10月，上海印发《上海打造未来产业创新高地发展壮大未来产业集群行动方案》，提到积极培育量子科技产业，其中就涉及光子芯片。

今年1月，浦东新区人民政府印发《张江科学城扩区提质三年行动方案（2022-2024年）》，其中一个任务焦点就是聚焦张江过往硬核科技特色，强调在在上一轮光子科学基础设施陆续投入运营的基础上，升级一批重大科学基础设施，保持在光子科学上的领先地位。

当然，政策利好是好事，资本的活跃也是产业发展的重要源头活水。

今年1月，国内光量子芯片企业「图灵量子」宣布完成数亿元人民币A轮融资，由简称中网投领投，华控基金、东证创新、联想创投等跟投。本轮融资将主要用于芯片量产能力打造、全栈产品的技术研发、以及面向行业应用的产业化推进。

去年年底，国内光芯片企业——源杰科技登陆科创板，IPO发行价为100.66元/股。

专注于硬科技创业投资与孵化的中科创星，光子芯片是其关注的重点。援引《经济日报》消息，到去年9月，中科创星已投资孵化370家硬科技企业，其中150多家为光子和半导体芯片公司。

当然，资本的故事讲得好，不意味着公司的业务在短期有盈利可能性，投资者仍需要谨慎调查。但资本进来，对于行业初期的发展来说，益处不少。

国外的情况也不必多说，在台积电积极在美布局生产线的形势下，半导体领域自然是美国资本市场的宠儿。

去年11月，巴菲特旗下伯克希尔•哈撒韦公司 (Berkshire Hathaway) 宣布以超过41亿美元（约合人民币288.82亿元）的价格“抄底”晶圆代工龙头台积电股份。

不过，与这一豪举相比，国内企业在逆全球化趋势下，拿到的国际资本有可能收紧。

根据彭博消息，分析师对2023年芯片行业的利润预期，比今年下降20个百分点以上，降幅远大于其他科技行业。

我国光芯片未来发展展望

现阶段，我国光芯片市场规模庞大。一方面，5G、千兆光网等新型信息基础设施的高速建设提高了对光芯片的应用需求；另一方面，人工智能、数据中心等热点领域也为光芯片产业创造了巨大的发展空间。与电芯片相比，我国部分光芯片研究处于全球第一研发梯队，相关成果可达世界领先水平。例如，曦智科技公司发布的PACE光计算引擎，运行经典人工智能模型的运算速率可达目前高端GPU的780倍；光子算数公司推出的光电混合计算加速卡，打破了国外的技术壁垒，实现光芯片加工的全流程国产化，目前已初步应用在数据中心领域。光芯片有望成为我国半导体产业“换道超车”的重要机遇。

但不可否认的是，相较于部分发达国家，我国光芯片技术产业的整体生态建设仍不完善，在基础材料、配套软件、加工制造等方面存在明显短板，部分产品上中游产业严重依赖海外。我国需要加大对光芯片技术和产业的支持力度，打牢发展基础，补齐产业短板，集技术、产业、政策、投资之合力助推光芯片领域高质量发展。

文章来源： 财经早餐，半导体产业纵横，半导体行业观察