硅光子及共同封装光学元件（CPO）成为业界新显学，网络上流传出台积电携手博通、辉达等大客户共同开发，最快明年下半年开始迎来大单。

据台湾《经济日报》报道，对于相关传闻，台积电表示，不回应客户及产品状况。不过，台积电高度看好硅光子技术，台积电副总余振华日前曾公开表示：“如果能提供一个良好的硅光子整合系统，就能解决能源效率和 AI 运算能力两大关键问题。这会是一个新的范式转移。我们可能处于一个新时代的开端。”

IT之家注意到，台积电、英特尔、辉达、博通等国际半导体企业都陆续展开硅光子及共同封装光学元件技术布局，最快 2024 年就可看到整体市场出现爆发性成长。

业界分析，高速资料传输目前仍采用可插拔光学元件，随着传输速度快速进展并进入 800G 世代，及未来进入 1.6T 至 3.2T 等更高传输速率，功率损耗及散热管理问题将会是最大难题。

硅光子技术用激光束代替电子信号传输数据，透过 CPO 封装技术整合为单一模组，现已获得微软、Meta 等大厂认证并采用在新一代网络架构。

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。

什么是硅光子芯片技术？

顾名思义，硅光子芯片技术是一种光通信技术，使用激光束代替电子半导体信号传输数据，是基于硅和硅基衬底材料（如： SiGe/Si、SOI ）等；并利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。

其中，硅光子技术也结合了集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势，是应对摩尔定律失效的颠覆性技术，这种组合得力于半导体晶圆制造的可扩展性，因而能够降低成本。

其次，硅光子技术最大的优势在于拥有相当高的传输速率，可使处理器内核之间的数据传输速度快100倍甚至更高，功率效率也非常高，因此被认为是新一代半导体技术。

紧接着，硅光子技术是由四个关键器件来组成：

光源：生产光信号的器具，通常采用激光器或LED。

光波导：将光信号导到需要的位置，通常采用硅基光波导。

调制器：用于调制光信号的强度、相位或频率，通常采用光电调制器。

探测器：将光信号转换为电信号的器具，通常采用光电二极管或光电探测器。

基于，硅光波导的多种光无源器件和有源器件均已先后开发成功，其中不少达到了实用化水平；由于硅属于间接带隙半导体材料，不能直接构成电驱动激光器和光放大器，需要通过不同材料的混合集成加以实现。

接下来，我们应熟知硅光子技术的核心优势：

集成度高：硅光子技术以硅作为集成芯片的衬底，硅基材料成本低且延展性好，可以利用成熟的硅CMOS工艺制作光器件；与传统方案相比，硅光子技术具有更高的集成度及更多的嵌入式功能，有利于提升芯片的集成度。

成本下降潜力大：传统的GaAs/InP衬底因晶圆材料生长受限，生产成本较高。近年来，随着传输速率的进一步提升，需要更大的三五族晶圆，芯片的成本支出将进一步提升；与三五族半导体相比，硅基材料成本较低且可以大尺寸制造，芯片成本得以大幅降低。

波导传输性能优异：硅的禁带宽度为1.12eV，对应的光波长为1.1μm。因此，硅对于1.1-1.6μm的通信波段（典型波长1.31μm/1.55μm）是透明的，具有优异的波导传输特性；此外，硅的折射率高达3.42，与二氧化硅可形成较大的折射率差，确保硅波导可以具有较小的波导弯曲半径。

此外，对于我国目前的半导体产业来说，硅光子芯片有它独有的优势——可以避开先进光刻机的掣肘；

虽然，它在制作流程和复杂程度上同传统芯片相似，但它对于制程工艺的先进程度要求不高，不像传统芯片那样制程和能效的关联性巨大，一般百纳米级的工艺水平就能满足硅光子芯片的要求。

再者，这对于我国来说，120纳米左右的芯片是完全可以自主生产的，这样就可以绕开先进制程工艺的限制，在未来实现换道超车。

随着摩尔定律逐渐遭遇天花板，硅光子技术的投入研发再次被重视，越来越多的科技公司开始加大对硅光子技术领域的研发投入。

产业链机遇

目前光模块市场规模最大的场景是数据中心，800G光模块已进入市场导入验证和批量出货状态，1.6T产品也已实现研发突破。其中，传统光模块占据市场主导，硅基材料的硅光模块逐渐进入市场开始商用化。

传统光模块将III-V族半导体芯片、高速电路硅芯片、被动光学组件及光纤封装到一起，主要成本来自III-V族光芯片和系统封装。III-V族InP/GaAs等材质的光芯片在25Gbps时的传输速率时已趋于传输极限，直接限制了光通信系统的传输效率。相比来看，硅光模块可突破传统单通道光芯片的传输瓶颈，在未来高速传输时代具有较大优势。相较传统分立光模块，硅光模块还拥有成本低、功耗低、兼容CMOS工艺、集成度高的优势。

从硅光器件、硅光芯片到硅光模块，硅光子产品可分为三个层次。

其中，硅光模块主要由硅光器件、驱动电路和光接口组成。硅光模块按功能可分为接收模块，发送模块，收发一体模块等类型。相较传统光模块，具有传输速率大、集成度高、传输损耗低等优势，在通信互联系统中发挥着重要作用，随着大数据时代的到来，硅光模块市场前景广阔。

预计硅光芯片全球市场规模将从2021年的1.52亿美元增长至2027年的9.7亿美元，复合增长率约为36%。增长最快的应用领域是共封装引擎和光互联，2021-2027年复合增长率分别为302%、259%。

2016至2025年全球硅光模块市场规模将从2.02亿美元增长至37.28亿美元，复合增长率约为38%。其中200G和400G硅光模块复合增长率约为96%。

目前400G硅光模块的商用还存在一定的迟滞。在未来800G等更高速率的光模块，硅光技术将具有更大的优势。

整体来看，硅光技术最主要的应用是收发器，用于长距离传输和数据中心。同时，受到光收发器的研发驱动，硅光技术在5G收发器、光纤陀螺、免疫分析、消费者健康等场景的应用也开始受到市场关注。

用于数据中心光互联和共封装光学产品正处于开发阶段，预计CPO（共封装光学）将在2025年后在HPC场景得到应用。随着产业链分工垂直化和硅光技术的发展，硅光技术在激光雷达、生物传感、光子计算等领域也会陆续实现产品的突破和落地。

从硅光产业链上来说，与电芯片相似，硅光芯片的产业链上游为晶圆、设备材料、EDA软件等企业；中游可分为硅光设计、制造、模块集成三个环节，其中部分公司如Intel、ST等为IDM企业，可实现从硅光芯片设计、制造到模块集成的全流程；下游则主要包括通信设备市场、电信市场和数通市场（数据中心通信市场）。随着硅光市场规模逐渐扩大，传统光模块厂商也在通过自研/并购切入硅光设计领域。

从设计、制造、封装以及硅光器件来看，硅光技术整体仍有较大提升空间，产品性能及成熟度有待提升，同时下游客户验证也需要时间。因此硅光产业链相关公司还需找准定位，进行模式突破。

文章来源： 半导体产业纵横，IT之家，奇普乐芯片技术，集微网