光子芯片中外发展态势

前言：

5G网络技术快速发展，信息传输容量和速率关系国计民生，光通信产业由此成为各国战略布局的重要领域。谁能率先在光芯片技术上实现突破，谁就能抢占光通信产业链的“制高点”。

光子芯片即将成主流

中科院专家介绍，光芯片正在逐步取代传统的电芯片，成为通信芯片、人工智能芯片的主流。

光芯片也即光电子通信芯片，主要应用于光通信领域，是用来完成光电信号转换的。它相当于信息中转站，在移动设备上属于一个核心设备。

光芯片是将磷化铟的发光属性和硅的光路由能力整合到单一混合芯片中。当给磷化铟施加电压时产生光束，光束进入硅片的波导，产生持续的激光束，激光束可以驱动其他硅光子器件。

在光通讯领域的带动下，硅基光电子技术在过去十年成长显著。通过在传统 CMOS芯片上蚀刻微米级别的光学元器件，从而提高光学元器件的集成度。

光子芯片决定系统性能
与传统电子芯片相比，具有运算速度快、信息失真小、消耗能量少等突出优势。在光通信系统中，光子芯片占据着技术与价值的制高点，光芯片的性能直接决定着整个系统的性能。

作为一种完全不同于电子计算的技术，光子计算以光子为信息处理载体，依赖光硬件而非电子硬件，以光运算代替电运算，擅长快速并行处理高度复杂的计算任务，但它一直没找到合适的应用场景，且受限于传统分离式光子器件，具有光场调控手段单一、光子设计体积庞大的缺点。因此，光子计算一直都停留在实验室阶段。

我国光通信技术有待提升

我国光通信产业中、下游发展迅猛，但上游芯片仍严重依赖进口，独立生产光通信芯片的企业较少。现在市面上，大多数还是以电子芯片为主流，光子芯片需要深厚的技术积累，研发和生产周期长，所以光通信芯片技术成为中国光通信产业的软肋。

如光子芯片的制造工艺和器件稀缺是目前面临的痛点。由于过长的波长限制芯片体积微缩的可能，同时光学装置须要更精确的做工，光束传输的些微偏差会造成巨大的问题，相对需要高技术及高成本；光电子需要小尺寸、大带宽、低功耗的调制器；陶瓷套管／插芯、光收发接口等技术也是国内困扰企业的难题。

国产光子芯片弯道超车

目前国内比较出色的光子芯片公司是曦智科技、鲲游光电、长光华芯、纵慧芯光和陕西源杰半导体等。

① 曦智科技（Lightelligence）是全球光子计算芯片领域融资额最高，专注光子计算芯片设计，2017 年，沈亦晨（曦智科技联合创始人兼 CEO）与其所在的麻省理工学院团队在《自然－光子学》 杂志发表了一篇关于光子计算的论文；2018 年曦智科技成立；2019 年 4 月，其发布了全球首款光子芯片原型板卡，并通过流片验证。根据 CB Insights 的数据，其已获融资总额近 4000 万美元，是全球光子计算芯片领域融资额最高的公司。

② 鲲游光电（North Ocean Photonics）是华为哈勃加持的晶圆级光芯片。鲲游光电成立于 2016 年，专注于晶圆级光芯片的研发与应用，致力于探索通过半导体工艺与光学工艺的融合，以半导体晶圆思路设计、制成纳米级、低成本的光学芯片。其主要关注 3D 成像系列、AR 及新型光学显示系列、5G 高速光通讯模块系列。2019 年底，华为旗下哈勃科技投资参与融资，并成为其第二大机构股东。今年 3 月，鲲游光电新获 2 亿元 B 轮融资。

③ 长光华芯（Everbright）是全球少数集研发和量产高功率半导体激光器芯片于一体的公司之一。长光华芯主要致力于高功率半导体激光器芯片、高速光通信半导体激光芯片、高效率半导体激光雷达 3D 传感芯片及相关光电器件和应用系统的研发、生产和销售。其自主研发的高功率 915nm 激光芯片，发光区宽度为 90μm，转换效率可达 65％，现已累计销售芯片超过 200 万片，是全球少数几家研发和量产高功率半导体激光器芯片的公司。

④ 纵慧芯光（Vertilite）是华为 Mate30 Pro 前、后置 TOF 的 VCSEL 供应商，纵慧芯光专注于光通讯专用 VCSEL 芯片、3D 传感专用 VCSEL 芯片的标准品开发，以及基于行业需求定制芯片和解决方案，其已作为 Mate30 Pro 前置和后置 TOF 供应商进入华为的供货商系统。2019 年 2 月获得上亿元级 B＋ 轮融资，领投方为武岳峰，前海母基金、追远创投、五岳华诺等跟投。

⑤ 陕西源杰半导体（Yuanjie Semiconductor）是专注高可靠性的国产激光芯片设计公司。陕西源杰半导体关注光通信用半导体激光器芯片的研发、生产和销售。主要从事开发可靠性高的光通信激光器；其可独立进行外延到芯片端的设计与制造，是国内少数具备电子束技术设备的公司，共同推动未来硅光子技术产品前进。

国外光子芯片发展现状

美国一直注重光子产业的发展，早在1991年就成立了“美国光电子产业振兴会”（OIDA），以引导资本和各方力量进入光电子领域。

2008～2013年，DARPA开始资助“超高效纳米光子芯片间通讯”项目。目标是开发和CMOS兼容的光子技术用于高通量的通讯网络。

2014年，美国建立了“国家光子计划”产业联盟，明确将支持发展光学与光子基础研究与早期应用研究计划开发，支持4大研究领域及3个应用能力技术开发，并提出了每一项可开发领域的机会和目标。

美国以IBM、Intel、Luxtera公司为代表，近年来都在光互连技术研发方面取得了不错的成绩。

日本发展光电子技术时间也较早，1980年为推动光电子技术的发展，日本成立了光产业技术振兴协会（OITDA）。

在产业化及市场方面，由于光电领域的重大技术发明多产生于美国，因此，早期日本政府主要是靠引进外国技术进行消化吸收，后期则是自主创新过程。

2010年，日本开始实施尖端研究开发资助计划（FIRST），该计划由日本内阁府提供支援。FIRST计划是从600个提案中选出30个核心科研项目予以资助，项目资助的总金额达到1000亿日元。光电子融合系统基础技术开发（PECST）是FIRST计划的一部分，以在2025年实现“片上数据中心”为目标。

结尾：光子芯片应用前景广阔

在国家政策以及资金的大力扶植之下，光电产业正在迅速发展，中高端芯片也逐渐由国外进口，转向自主研发、供给。在新兴科技的发展与中国整体市场的推动作用下，光通讯行业将迎来全面发展。

未来，随着光子芯片技术的成熟，芯片封装成本的进一步降低，光子芯片将从服务器、大型数据中心、超级电脑等大型设备进入机器人、PC、手机等小型移动设备。光子芯片技术运用在将在多媒体和智能终端、超级计算、军事安全等领域。