硅光芯片的市场前景和产业化难题

原创作者：初阳

近几年，硅光芯片被广为提及，从概念到产品，它的发展速度让人惊叹。硅光芯片作为硅光子技术中的一种，有着非常可观的前景，尤其是在5G商用来临之际，企业纷纷加大投入，抢占市场先机。硅光芯片的前景真的像人们想象中的那样吗？笔者从硅光芯片的优势、市场定位及行业痛点，带大家深度了解真正的产业状况。

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硅光芯片的优势

硅光芯片是将硅光材料和器件通过特殊工艺制造的集成电路，主要由光源、调制器、有源芯片等组成，通常将光器件集成在同一硅基衬底上。硅光芯片的具有集成度高、成本低、传输线更好等特点，因为硅光芯片以硅作为集成芯片的衬底，所有能集成更多的光器件；在光模块里面，光芯片的成本非常高，但随着传输速率要求，晶圆成本同样增加，对比之下，硅基材料的低成本反而成了优势；波导的传输性能好，因为硅光材料的禁带宽度更大，折射率更高，传输更快。

硅光芯片的市场定位

光芯片作为光通信系统中的核心器件，它承担着将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的重任，除了外加能源驱动工作，光器件的转换能力和效率决定着通信速度。为什么未来需要硅光芯片，这是由于随着5G时代的到来，芯片对传输速率和稳定性要求更高，硅光芯片相比传统硅芯的性能更好，在通信器件的高端市场上，硅光芯片的作用更加明显。

未来人们对流量的速度要求很高，作为技术运营商，5G的密集组网对硅光芯片的需求大增。之所以说硅光芯片定位通信器件的高端市场，这是由于未来的5G将应用在生命科学、超算、量子大数据、无人驾驶等，这些领域对通讯的要求更高，不同于4G网络，零延时、无差错是最基本的要求。目前，国内核心的光芯片及器件依然严重依赖于进口，高端光芯片与器件的国产化率不超过10%，这是国内加大研究光芯的内在驱动力。

巨头纷纷布局

正是由于硅光芯片的前景广阔，国内外巨头纷纷布局。包括英特尔、Luxtera公司、Rockley等都具备了硅光芯片的研发能力。英特尔的硅光芯片主要针对5G无线基础设施市场，它的100G硅光收发器产品组合为满足下一代通信基础设施的带宽要求而优化，同时可承受恶劣的环境条件。Luxtera公司也在致力于硅基混合集成PIC的研究，已经实现了将磷化铟激光器集成在硅基基底上，它开发硅基PIC的主要目的是应用于服务器与服务器之间、服务器与交换机之间的高速互联等应用场合，它采用电子集成电路常用的CMOS工艺实现PIC，实现方式较英特尔要简化很多。Rockley公司的差异化硅制造技术可以生产具有相对较低功耗、较低竞争性成本的光学器件，例如基于硅光子学的收发器等，Rockley的目标市场包括消费电子、自动车辆、生物医学、工业和数据中心。

令人可喜的是，国内在硅光芯片上也取得了突破性进展，我国自主研发的首款商用“100G硅光收发芯片”已经投产使用，这款芯片在体积、性能、成本、通用化等方面达到了全球第一梯队的水准。

硅光芯片的产业化难题

科技想得到普及，除了技术，产业化也是一个很漫长的国产，硅光芯片产业也在不断的朝着正确的方向前进。就硅光芯片产业链而言，全球亦仍处于初级阶段，硅光芯片要实现大规模的商用还有很长的路要走，据相关数据统计，2017年全球硅光芯片的市场不到5亿美元。

硅光芯片的产业化难题主要有材料、设计架构、制造良率、封装成本等难题，但不可否认它广阔的市场前景，随着5G时代的来临，这些难题会慢慢迎刃而解。