馬曉凱　朱邵歆

硅光即硅基光電子，指的是在硅和硅基襯底材料上，利用硅CMOS工藝對(duì)光電子器件進(jìn)行開發(fā)和集成的一種新技術(shù)。由于其既擁有微電子的工藝成熟、集成度高、價(jià)格低廉等基礎(chǔ)，又兼具光電子的極高帶寬、超快速率、抗干擾性、低功耗等優(yōu)勢，在微電子技術(shù)接近瓶頸的后摩爾定律時(shí)代，受到英特爾、華為、思科、諾基亞等公司熱捧，技術(shù)不斷進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程日益加快，儼然已經(jīng)成為半導(dǎo)體領(lǐng)域競爭的另一條賽道。

硅光產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速

根據(jù)Yole預(yù)測數(shù)據(jù)，硅光市場規(guī)模將從2018年的4 55億美元，增長到2024年的40億美元。

微電子技術(shù)瓶頸和硅光技術(shù)優(yōu)勢助力硅光興起。微電子技術(shù)是當(dāng)今半導(dǎo)體領(lǐng)域主要技術(shù)，從1958年第一款集成電路誕生至今，微電子技術(shù)已經(jīng)遵循摩爾定律發(fā)展了60多年。隨著徽電子芯片集成度不斷增加，工藝線寬不斷變窄，微電子技術(shù)已經(jīng)逐漸接近性能極限，摩爾定律失效的言論當(dāng)?shù)?，雖然不斷有科學(xué)家為摩爾定律續(xù)命，但前方道路依然漫長。與此同時(shí)，與微電子具有“一字之差”的光電子憑惜自己的高速和低功耗等優(yōu)勢正在蓬勃發(fā)展，逐漸受到人們的青睞。受集成電路的啟發(fā)，集成光路的概念被提出，既利用光波導(dǎo)將光發(fā)射、光耦合、光傳輸、光調(diào)制、光邏輯、光處理、光接收等光電子器件集成在同一個(gè)襯底上，從而構(gòu)成一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的微型光學(xué)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的光電技術(shù)大部分都是基于Ⅲ-v族半導(dǎo)體（GaAs/inP等），制作成本昂貴，工藝復(fù)雜，相比之下，以硅CMOS工藝為基礎(chǔ)的微電子技術(shù)在過去半個(gè)世紀(jì)取得了舉世矚目的成就，技術(shù)積累十分全面，硅基工業(yè)具有非常強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)能力。于是有人提出以硅基作為襯底，利用硅CMOS工藝將光電子器件集成，硅光技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并且憑借其兼具的微電子和光電子兩大技術(shù)優(yōu)勢火速興起戚為半導(dǎo)體和通信企業(yè)的競爭熱點(diǎn)。

技術(shù)演進(jìn)和企業(yè)收購助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展。硅光從提出至今，技術(shù)不斷演進(jìn)，其中里程碑事件為英特爾在2004年研制成功iGb/s硅光調(diào)制器，在這之后硅光產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程突飛猛進(jìn)，新技術(shù)層出不窮，硅光產(chǎn)品越來越多，不斷有企業(yè)進(jìn)入該領(lǐng)域。由于硅光產(chǎn)品技術(shù)和準(zhǔn)入門檻較高，下游企業(yè)對(duì)硅光產(chǎn)品依賴度增大，越來越多的下游公司在硅光領(lǐng)域開始展開布局，并為此進(jìn)行了多輪收購或并購，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)垂直整合，其中以思科、諾基亞等為主要代表。

硅光應(yīng)用領(lǐng)域和市場規(guī)模不斷擴(kuò)大。目前硅光產(chǎn)品的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，在光通信及光信息處理方面具有微電子無法比擬的優(yōu)越性，應(yīng)用廣泛。根據(jù)Yole預(yù)測數(shù)據(jù)，硅光市場規(guī)模將從2018年的4 55億美元，增長到2024年的40億美元。在消費(fèi)電子領(lǐng)域，硅光的大規(guī)模集成特性非常適合消費(fèi)電子產(chǎn)品需求，智能傳感、移動(dòng)終端等產(chǎn)品均可利用硅光技術(shù)在有限的空間集成更多的器件;在光通信領(lǐng)域，隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷增加，高速率傳輸技術(shù)已經(jīng)成為光通信領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，硅光產(chǎn)品憑借尺寸小、成本低、與現(xiàn)有CMOS技術(shù)兼容等優(yōu)勢，成為高速光通信實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的最佳方案;在量子通信領(lǐng)域，由于硅光技術(shù)保密性強(qiáng)、集成度高、適合復(fù)雜光路控制等優(yōu)勢，基于硅光的量子通信芯片有望成為量子通信的重要技術(shù)方案。此外，硅光在智能駕駛、激光雷達(dá)、面部識(shí)別、高速互聯(lián)等應(yīng)用領(lǐng)域均有解決方案。

我國處于追趕者地位

相比集成電路企業(yè)，我國硅光企業(yè)大都規(guī)模較小，芯片嚴(yán)重依賴國外。企業(yè)實(shí)力較弱，垂直整合能力有待提高。

由于我國進(jìn)入硅光領(lǐng)域較晚，目前主要通過并購或者與外企合作的模式切入，正處于追趕者的地位。我國目前在硅光領(lǐng)域開展布局的企業(yè)主要有華為、光迅科技、亨通光電、博創(chuàng)科技等。華為2013年收購比利時(shí)硅光子公司Caliopa，并且在英國建立了光芯片工廠發(fā)展硅光技術(shù)。2017年亨通光電與英國的硅光子企業(yè)洛克利合作，獲得多項(xiàng)硅光芯片技術(shù)許可，2020年3月10日發(fā)布了400G硅光模塊。2018年光迅科技聯(lián)合國家信息光電子創(chuàng)新中心等單位聯(lián)合研制成功100G硅光收發(fā)芯片并正式投產(chǎn)使用。2020年博創(chuàng)科技與Sicoya公司合作，推出了高性價(jià)比的400G數(shù)據(jù)通信硅光模塊解決方案。

同時(shí)，我國硅光發(fā)展與發(fā)達(dá)國家仍存在差距。在設(shè)計(jì)方面，架構(gòu)不夠完善，體積和性能平衡的問題沒有妥善解決。在制備方面，我國的硅光芯片大部分都需要國外代工，對(duì)外依賴度大。在封裝方面，硅光器件之間的耦合以及大密度集成仍然存在問題。在測試方面，高速儀器儀表還嚴(yán)重依賴國外。在推廣應(yīng)用方面，雖然第一代硅光相干芯片已經(jīng)完成研制，但是距離應(yīng)用還有一段路要走，關(guān)于如何在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域發(fā)揮硅光技術(shù)優(yōu)勢，降低成本，依然是我國硅光發(fā)展需要面臨的問題。在企業(yè)規(guī)模上，相比集成電路企業(yè)，我國硅光企業(yè)大都規(guī)模較小，芯片嚴(yán)重依賴國外，企業(yè)實(shí)力較弱，垂直整合能力較差，雖然有一些硅光企業(yè)，但大都是設(shè)計(jì)、后道制程和封裝企業(yè)，具有芯片制備能力的企業(yè)寥寥無幾。

四點(diǎn)建議助力我國硅光發(fā)展

發(fā)展我國硅光技術(shù)，做好長期投入的準(zhǔn)備。硅光是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，需要持續(xù)不斷關(guān)注，不能唯眼前回報(bào)而論。

積極與下游廠商對(duì)接。由于硅光技術(shù)正在不斷發(fā)展中，且下游智能傳感、量子通信等硅光產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域尚未完全成熟和普及，因此為了占領(lǐng)未來市場，需要硅光廠商與下游廠商積極對(duì)接合作，及時(shí)了解產(chǎn)品需求，在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化上做到有的放矢，提升產(chǎn)品競爭力。

建設(shè)硅光工藝平臺(tái)。硅光工藝平臺(tái)對(duì)于企業(yè)的技術(shù)水平和財(cái)力要求較高，因此目前國內(nèi)高端硅光芯片流片基本都需要在國外完成，成本高、周期長，制約了我國硅光的發(fā)展。加快在國內(nèi)建設(shè)硅光工藝平臺(tái)，提供流片、封裝等硅光工藝服務(wù)，方便國內(nèi)硅光科研院所和企業(yè)進(jìn)行研發(fā)，降低成本。

增強(qiáng)企業(yè)垂直整合能力。鼓勵(lì)國內(nèi)廠商通過收購或兼并等方式在硅光產(chǎn)業(yè)鏈上不斷進(jìn)行拓展，加大創(chuàng)新投入、改善人才引進(jìn)與激勵(lì)機(jī)制，完成技術(shù)與業(yè)務(wù)能力的提升，增強(qiáng)企業(yè)垂直整合能力，占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈高端。

做好長期投入的準(zhǔn)備。硅光是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，需要持續(xù)不斷關(guān)注，不能唯眼前回報(bào)而論。以英特爾為例，其發(fā)展硅光到現(xiàn)在并沒有盈利，但是依然在堅(jiān)持研發(fā)新產(chǎn)品，不斷引領(lǐng)硅光技術(shù)有新的發(fā)展。我國在硅光方面對(duì)比國外，雖然不如徽電子差距那么大，但是依然有差距，處于追趕者地位，沒有誰可以保證硅光一定賺錢，但是沒有一家公司能承受不做硅光帶來的損失。想要做好硅光，就需要持續(xù)投入，重視基礎(chǔ)研究，改善考核機(jī)制，保證科研人員和企業(yè)具備穩(wěn)定的研發(fā)能力，從而最終贏得硅光戰(zhàn)役的勝利。