光芯片有望成为“换道超车”的重要机遇！

光芯片是全球半导体行业的一个重要细分赛道，涵盖工业用高功率激光芯片、通信用高速率激光芯片、手机人脸识别用VCSEL 等成熟应用。

中国在芯片这一领域整体上处于劣势，但经过多年的发展，我国在芯片中的部分领域，如今也走到世界第一梯队。从研发到终端制造，不断追赶，如今光芯片代表的光子学正与电子学引发一场科学革命，芯片从电到光，将是我国实现赶超的战略机遇。

光电芯片制造领域取得突破

近期，我国科学家在国际顶级学术期刊《自然》发表了最新研究，南京大学科研团队发明的一种新型“非互易飞秒激光极化铁电畴”技术，把光雕刻铌酸锂三维结构的尺寸，从传统的 1 微米量级，一下子推进到30 纳米级别，大幅度提高了加工精度，也标志着我国科学家在下一代光电芯片制造领域实现重大突破。

这是我国首次得到纳米级光雕刻三维结构，新技术突破了传统飞秒激光的光衍射极限。笔者了解到，早在二十世纪八十年代，南京大学科研人员就在铌酸锂晶体中得到了尺度为几微米的铁电畴阵列结构，但要进一步提升这种晶体器件的性能，就需要在三维空间做出尺度更小、精度更高的结构。

自2000年起，南京大学祝世宁科研团队就将光学超晶格研究从经典光学拓展至量子光学，经过多年开拓创新，已利用光学超晶格研制成功全球首枚高速调控的铌酸锂光量子芯片。该技术是将飞秒脉冲激光聚焦于材料“铌酸锂”的晶体内部，通过控制激光移动的方向，在晶体内部形成有效电场，实现三维结构的直写和擦除。

值得注意的是，这一重大发明，未来或可开辟光电芯片制造新赛道，有望用于光电调制器、声学滤波器、非易失铁电存储器等关键光电器件芯片制备，在5G／6G通讯、光计算、人工智能等领域有广泛的应用前景。该项研究工作已得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、固体微结构物理国家重点实验室和人工微结构科学与技术协同创新中心的支持。

我国光芯片产业发展现状

根据Photonics21发布的《Market Data and Industry Report 2020》显示，自2015年以来，光子产业链全球市场规模以每年7％的速度增长。其中，2019年的全球市场规模达到6900亿欧元，预计2025年将进一步增至9000亿欧元。而在下游数字通信（数通）和电信领域双轮驱动下，光芯片拥有极大成长空间。

众所周知，全球高端光芯片基本被国外厂商垄断。我国在高端芯片领域的自主技术研发和投入实力方面相对较弱，目前主要集中在中低端光芯片产品的研发、制造。

国外在光芯片领域早有布局，且不断收购兼并。2018年，Lumentum并购Oclaro；2019年，II－IV并购Finisar等……借由整合产业链完成技术与业务转型，以求覆盖光通信芯片、光模块领域各个环节。

而在国内，不少光芯片企业尚在爬坡阶段，并购还未呈现大规模态势。不过，代表性企业，如华为和光迅科技等，已有动作。其中，华为在2013年收购了英国CIP光子研发中心、硅光子厂商Caliopa。在2012年和2016年，光迅科技分别收购了丹麦IPX、法国Almae，获得了PECVD无源芯片和10G以上高端有源光芯片的量产能力。根据公开信息，光迅科技目前已在25G光芯片实现规模出货。

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。在光模块方面，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。

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。

弯道超车，让光子芯片被寄予厚望

由于光子芯片产业处于前期发展阶段，全球面临的局面是一样的，技术壁垒还没形成，目前国内在光子芯片的研发上，已经走在了世界的前头。根据《北京日报》报道，中科鑫通已经开始筹备国内首条“多材料、跨尺寸”的光子芯片生产线，预计在2023年就可以建成。

光电子器件是光子芯片的核心组成部分，和硅基电子器件存在着很大的差别，在传输速度上较于电子芯片要快1000倍，且在功耗的控制上也更佳，光子芯片采用的是磷化铟、砷化镓等二代半导体材料，比集成电路芯片的轨迹材料要强。

制造光子芯片最关键的地方在于制备程序，虽然芯片制备的工艺流程与集成电路芯片有一定相似性但侧重点不同，但光子芯片的侧重点在于外延伸与制备环节上，而并非是在光刻环节，这意味着不需要依赖高端的EUV光刻机。

光子芯片的结构对工艺需求较低，一般是百纳米级别就够了，国产的90nm光刻机足够使用了，中科鑫通也表示：“光子芯片就算采用国产的设备和工艺，也能够实现成熟的量产！”

根据专业机构的预测，未来五年光子芯片规模将突破千亿美元，这也将给我们带来更多的机会，我国科学家用激光实现了纳米级三维电子晶体的制造，相当于是掌握了全球最先进的光芯片制造技术。如果与华为的专利技术结合起来，可能彻底打破美国在半导体芯片领域对我们的封锁。

未来的时代或将是一个光子大规模替换电子的时代，光网络传输有望成为人类信息文明最重要的基础设施。而从技术竞争的角度来看，光芯片被认为是与国外研究进展差距最小的芯片技术，被寄予了中国“换道超车”的希望。