随着芯片制程工艺逼近物理极限，在单个芯片上增加晶体管密度这条路径越来越难，每一代制程的提升所能够带来的性能提升或功耗降低也越来越有限，同时还带来成本的急剧上升，摩尔定律失效已经是业界的共识，但如何超越摩尔定律，继续提升芯片性能也面临巨大的挑战。
在诸多性能提升方案中，硅光子学技术（SiPh）的解决方案成为了诸多行业巨头共同的选择，尤其是随着人工智能需求的爆发以及大算力时代的来临，硅光子芯片优势尽显。
一、英伟达与台积电合作开发硅光子AI芯片
最新消息，英伟达与台积电已合作开发出基于硅光子学的芯片原型，并正积极探索光学封装技术，以进一步提升AI芯片性能。
所谓硅光技术，就是利用CMOS等集成电路制造工艺在硅基材料上构建光子集成电路（PIC）的技术，用于实现光学通信、高速数据传输和光子传感器件等功能。
由于融合了CMOS技术超大规模逻辑、超高精度制造特性和光子技术超高速率、超低功耗优势，有望成为集成光电子和微电子的最佳方案。
另外，硅光子技术融合光子电路与传统电路，利用光子进行芯片内部通信，实现更高的带宽和频率，从而提升数据处理速度和容量。相比传统电子通信，光子通信速度更快、功耗更低，有望解决芯片内部互连的瓶颈问题。
此次，英伟达和台积电在硅光子芯片领域的合作，标志着芯片技术发展的新方向。硅光子学技术的应用有望显著提升芯片性能，尤其是在AI芯片领域，将为人工智能、高性能计算等领域带来新的突破。
二、英特尔等，占据全球80%份额
在AI大算力时代来临之际，英伟达之外，全球半导体巨头也纷纷瞄准硅光赛道，发力硅光技术研发，其中英特尔（Intel）、思科（Cisco）、Lumentum、迈可（MACOM）和美满科技（Marvell）等占据了市场的主导地位，前五大厂商占有全球超过80%的份额。
从地区来看，北美是最大的市场，占有大约26%份额，之后是欧洲和亚太地区，分别占有20%和17%的市场份额。产品类型而言，收发器是最大的细分，占有大约87%的份额，同时就下游来说，数据中心是最大的下游领域，占有约80%份额。
而根据QYR（恒州博智）的统计及预测，2022年全球硅光子市场销售额达到了18亿美元，预计2029年将达到76亿美元，年复合增长率为21.8%（2023-2029）。
三、国产硅光子领域进展
在全球半导体巨头纷纷布局硅光子之外，国产半导体产业也在不断突破。如上所述，摩尔定律逐渐失效，单个芯片增加晶体管数量的难度越来越大而成本却呈几何级递增，于是半导体厂商通过将多个芯粒封装在同一块基板上，以提升晶体管数量，从而提高性能。
但在单个封装单元中芯粒越多，它们之间的互连就越多，数据传输距离也就越长，传统的电互连技术迫切需要演进升级。于是，硅光子技术成为解决传输的关键技术；我们知道光传输的速度更快、损耗更小、延迟更少，芯片间光互联技术也成了推动下一代信息技术革命的关键技术。
据武汉“九峰山实验室”官方消息，2024年9月，该实验室在硅光子集成领域取得里程碑式突破性进展——成功点亮集成到硅基芯片内部的激光光源，这也是该项技术在国内的首次成功实现。
这一突破解决了硅光芯片耦合效率不够高、对准调节时间长、对准精度不够好等工艺问题，突破了制作成本高、尺寸大、难以大规模集成等量产瓶颈，为中国硅光子芯片的研发注入了新的活力。
同时，2024年，上海交大无锡光子芯片研究院在无锡布局国内首条高端光子芯片中试线，搭建多个特色工艺平台，形成集材料、工艺于一体的先进光子器件创新平台。
此外，中国还涌现出了一批具有实力的硅光子芯片企业，如苏州熹联光芯微电子科技有限公司、国科光芯（海宁）科技股份有限公司、宁波芯速联光电科技有限公司等。这些企业在硅光子芯片的设计、制造和应用方面不断取得新进展，为中国的硅光子产业发展做出了重要贡献。
因此，随着全球半导体产业传统技术限制愈发明显，硅光子技术将是突破瓶颈的重要方向之一；硅光技术应用也将进一步拓展，将在激光雷达、光计算、光传感、光存储等领域大规模应用。
飙叔感谢您花时间关注与分享，感谢在我的人生道路中多了这么多志同道合的朋友，一起关注国产光刻机、国产芯片、国产半导体艰难突破之路；一起分享华为海思、华为鸿蒙及华为手机等华为产业为代表的中国ICT产业崛起的点点滴滴；从此生活变得不再孤单，不再无聊！  |  |
