英特尔和格芯已经出手，台积电最大弱势显现

无论是FMCW激光雷达，智能手表还是数据中心，庞大的数据量需求已经让硅光子芯片开始渗透进我们生活的方方面面。随之涌现的，是一大批硅光子芯片初创企业，然而对于这些公司来说，设计上的难题需要攻关，也必须得解决生产制造上的难题，而这一重担自然就放在了各大代工厂的肩上。


我们可以看一下上面这张Yole去年发布的这张硅光子“版图”，可以看出具有代工硅光元件实力的厂商并不少。而这些厂商最近也是动作频出，为的就是在占据这一发展迅猛技术的生产制造市场。

GF Fotonix：格芯的下一代硅光子平台

3月7日，格芯公布了下一代硅光子平台GF Fotonix，业界首个将差异化的300mm光子和300GHz级别的CMOS集成在一个晶圆上的方案，格芯也是唯一一家具备300mm单片硅光子高速解决方案的纯代工厂。凭借如此高的集成度，客户可以在光子集成电路上实现更多产品功能，并简化BOM。
GF Fotonix的集成方案 / 格芯
此前格芯已经有了90WG（90nm）和45CLO（45nm）两个硅光子工艺节点，GF Fotonix很可能就是基于这两个节点打造的。这两个节点满足了不仅满足了O波段的需求，也满足了C波段和L波段的需求，可以说是覆盖全面了。
格芯还宣布与英伟达、博通、思科、美满以及一众硅光子芯片、量子芯片初创公司Ayar Labs、Lightmatter、PsiQuantum、Ranovus和Xanadu达成合作，这其中既有新客户，如英伟达，也有不少合作多年的老客户，比如Lightmatter。从上面那张图可以看出，可以无论是硅光子设计、收发器还是系统公司，都有不少主要玩家选择了与格芯“结盟”。让人好奇的是，英伟达在数据中心上的推进终于也到了硅光子芯片，而且据其声明来看是高带宽低功耗的光互联产品，但考虑到已经收购了Mellanox，迈出这一步确实是迟早的事。

代工和自研：英特尔双管齐下

其实Yole的那张图除了没有包含到一些优秀的硅光子芯片初创企业外，也还有一处缺了时效性，那就是英特尔自己开放的硅光子芯片代工和被英特尔收购的Tower Semiconductor（高塔半导体）高塔半导体。
高塔半导体的位于美国加州的PH18代工厂就是这样一座硅光代工厂，满足O波段与C波段数据中心互联市场不断增长的需求。除了面向所有硅光子客户的开放平台外，还有供特定客户以及小批量原型设计的封闭工艺，合作客户就包含被新易盛收购的Alpine Optoelectronics，其nCP4硅光子PAM4 模块就是从该代工厂出炉的。
100G硅光子光收发器 / 英特尔
此外，早在硅光子代工业务之前，英特尔就已经这个领域的领军企业之一了。在数据中心的硅光子光收发器中，英特尔早已占据了半数以上的市场份额。考虑到英特尔还没有公布硅光子芯片代工的具体计划，让人不禁好奇究竟会不会将其老底掏出来供其他公司所用。
不仅如此，英特尔也在探索自动驾驶上的硅光子技术，比如为Mobileye打造的下一代运用硅光子技术的FMCW激光雷达芯片。这一芯片就将基于英特尔在新墨西哥建立的硅光子制造工厂打造，并声称可见其成本缩减至数百美元。

台积电真就不堪一击？

既然格芯和英特尔都已经搞出了这么大的动作，难道台积电作为代工“老大哥”就真的无动于衷吗？并非如此，台积电作为纯代工厂，虽然不说是面面俱到，但在硅光子技术迅速发展的当下，也在积极发展促进硅光子集成的封装技术，只不过与台积电其他代工业务相比，所占份额还是太少了。
2017年，被思科收购之前的Luxtera就曾宣布，与台积电合作在后者的300mm CMOS晶圆代工厂中开发一个独特的硅光子平台。2018年，Luxtera宣布在这个TSV硅通孔技术支持的平台上开发的多个硅光子元件，均实现了显著的性能提升，比如PAM-4 100G收发器等等。
EIC与PIC的单片集成与异构集成 / 台积电
此外，去年台积电还发布了一个新的硅光解决方案COUPE（紧凑通用的光电引擎）。台积电表示，数据中心网络流量的爆发式发展使得硅光子芯片开始转向高速率和低功耗，而COUPE解决的就是性能、功耗和成本的平衡问题。
固然速率和能效的问题完全可以通过单片集成来实现，但各家代工厂都面临着一大问题，那就是EIC（电子集成电路）与PIC（光子集成电路）在工艺节点上存在差异。而COUPE作为一种异构集成技术，可以显著减小电耦合的损耗。COUPE在EIC和PIC的电接口上拥有更低的寄生电容，与传统的uBump相比，电容要低上85%，在同样的速率下，功耗还要低上30%，若是相同功耗的话，则COUPE的速度可以达到uBump的170%。与TSV+uBumo的组合相比，PDN阻抗要少51%。
COUPE的存在就是向诸多硅光芯片厂商宣称，利用台积电先进的异构集成技术，一样可以打造出性能极度优秀的硅光芯片，尤其是在HPC领域。这就是台积电得天独厚的优势，所以所谓的弱势其实并不存在。

结语

无论是格芯的单片集成，还是台积电的异构集成，其实都为硅光子芯片的设计与开发提供了灵活的选项。除了性能上的差异外，最重要的还是成本和量产。所以代工厂之间的内卷，受惠的还是硅光子芯片厂商。