隨著AI模型持續迭代，算力資源仍然趨緊，AI模型推理需求或將持續上升，蓬勃算力需求正推動硅光芯片時代來臨。

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硅光技術何許人也？

光模塊（Optical Modules）是實現光信號傳輸過程中光電轉換和電光轉換功能的光電子器件，是光通信中的重要組成部分，光模塊的產業發展趨勢正向著“高速率、低成本、低功耗”發展。

硅光技術則將光通信的傳輸速率、集成度向更高水平推進，是滿足不斷發展的大數據、人工智能、未來移動通信等產業對高速通信需求的核心技術選擇之一，并可應用于生醫感測、量子運算、激光雷達等新興的外延應用領域。

“芯片出光”是硅光技術核心理念，硅光技術利用成熟半導體CMOS工藝將光和電器件的開發與集成到同一個硅基襯底上，使光與電的處理深度融合到一塊芯片上，真正實現“光互連”。與傳統光電子相比，硅光具備集成度高、成本低、功耗低等顯著優勢。

硅光單片集成

資料來源:《硅基光電異質的集成與思考》

首先，硅光模塊的光源成本相比較傳統分立式方案能夠大幅降低。其中英特爾的激光器方案采用異質集成方案，成本就比較低；目前大部分廠商的光源方案采用大功率CW光源，將傳統EML激光器中的EA調制器功能轉移到硅光芯片上，成本顯著降低。

同時，硅光芯片能夠集成發射端的準直鏡、波分復用器件等光器件，從而實現成本降低。

并且通道數越多，硅光方案制造工藝成本越有優勢。400G往800G和1.6T升級時，主流方案中的通道數從四通道升級到八通道，傳統方案中制造工藝步驟大幅增加，成本顯著增長，而硅光芯片只需要多設計四個通道，工藝上變化較小，成本較低。

傳統和硅光模塊的成本拆分對比

資料來源：CW-WDMMSA

同時，硅光芯片還使得電子元件與光學元件能夠在同一芯片上集成，提高了集成度和系統性能。硅的折射率高達3.42，與二氧化硅可形成較大的折射率差，確保硅波導具有較小的波導彎曲半徑，從而減小器件尺寸并提高集成度。此外，硅對于波長為1.1~1.6微米的光波近乎無損透明，因此完全與光通信器件的1.3~1.6微米工作波段兼容。

此外，硅光技術有較高的帶寬，能夠在極小的波長范圍內傳輸大量數據，相比傳統的電傳輸技術，光傳輸能提供更高的數據傳輸速率和帶寬，極大提升通信效率，這也意味著在數據中心和高性能計算中，使用硅光技術可以實現更低的傳輸延遲。

02

契機已至

2023之后開啟量產

其實硅光技術并沒有那么“新”。

早在1969年，貝爾實驗室提出硅光子技術。1985年，硅基光子集成電路（PIC）問世。1991年至1992年，在厚絕緣體上硅（SOI）工藝中實現了低損耗波導。在這個階段，硅光子技術主要處于理論和實驗研究階段，探索硅材料在光子學領域的應用可能性。相較于集成電路的成熟發展和規模化應用，硅光技術在誕生之后的30多年里發展一直相對緩慢，產業生態系統尚不成熟。

2000年至2009年，為硅光技術的技術突破階段。硅光子技術開始取得一系列重要的技術突破，PIC的組件數量開始增長，低損耗波導和多種光學器件的研發成功，為硅光子技術的進一步發展奠定了基礎。2010年，英特爾開發出首個50Gb/s超短距硅基集成光收發芯片，標志著硅光芯片開始進入產業化階段，之后十余年間硅光技術進入集成應用時期。

2023年后，硅光迎來產業爆發契機。3月份，OpenAI正式發布GPT-4，參數量達到萬億級別。在全球大模型熱潮下，算力需求正呈指數級增長態勢，驅動硅光需求不斷上升。同時，海內外巨頭公司瞄準硅光賽道收并購頻發，科技巨頭公司高度重視硅光技術。目前投入研發的公司不僅包括Mellanox、Luxtera、Acacia、Finisar、Avago等光通信公司，Intel、IBM、思科、Imec等半導體廠商和華為等設備商也加入了這一領域的競爭。10月，Intel宣布將硅光子業務的可插拔模塊部分出售給Jabil，專注于更高價值的組件業務和光學I/O解決方案。

2024年4月，臺積電在2024年北美技術研討會上概述了其3D光學引擎路線圖，并制定了為全球帶來高達12.8Tbps光學連接的計劃。5月16日，中國光谷·光電子信息產業創新發展大會于中國光谷科技會展中心隆重開幕，會上光迅科技展出了重要技術里程碑的1.6TOSFP—XD硅光模塊，其采用先進的CMOS技術實現高度集成、簡化封裝和大規模生產。這種基于硅光的光模塊因其超高的傳輸速率和可靠性，可在數據中心和云計算等領域實現高速互連。

光迅科技1.6T硅光模塊 資料來源：光迅科技公眾號

近日，國家信息光電子創新中心和鵬城實驗室的光電融合聯合團隊完成了2Tb/s硅光互連芯粒的研制和功能驗證，在國內首次驗證了3D硅基光電芯粒架構，實現了單片最高達8×256Gb/s的單向互連帶寬。

03

市場空間有多大？

根據Yole官網，2022年全球硅光芯片市場空間為6800萬美元，預計到2028年將增長到6億美元以上，2022-2028年CAGR達44%。這一增長將主要受到800G高數據速率可插拔模塊的推動。此外，快速增長的訓練數據集規模的預測表明，數據將需要在ML服務器中使用光學I/O來縮放ML模型。

而根據Light Counting資料顯示，人工智能集群對光連接的需求激增，扭轉了GaAs VCSEL市場份額下降的趨勢。英偉達購買了近200萬個400GSR4和800GSR8光模塊，并計劃今年再購買400萬個。

Light Counting預計基于GaAs和InP的光模塊的市場份額將逐步下降，而硅光子（SiP）和鈮酸鋰薄膜（TFLN）PIC的份額將有所上升。LPO和CPO的采用也將促進SiP甚至TFLN器件的市場份額增長。預計2029年，硅光芯片的銷售額將達到30億美元。

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相關企業有哪些？

首先在硅光工藝設備方面，相比較傳統光模塊，硅光的組裝工藝步驟大大簡化，但硅光工藝的精度要求較高，主要是由于耦合損耗通常是硅光模塊中較高的損耗組成部分。在400G及以上的光模塊中，功耗是很重要的性能參數之一，若耦合損耗較高，則光模塊功耗會有明顯增加，且耦合損耗掉的能量主要以熱的形式消耗掉，對散熱的要求也會有一定的提升。

硅光模塊的組裝涉及到的高精度工藝主要包括，貼片、耦合和測試。硅光工藝設備中除了包括高精度的硬件，軟件和配套的技術支持也是非常重要的組成部分。同時，在未來CPO光引擎、芯片間光互連等領域，對于硅光組裝工藝的要求將會越來越高。

Ficontec是全球光子及半導體自動化封裝和測試領域的領先設備制造商之一，在硅光封裝設備領域具備較強的競爭力。羅博特科目前間接持有Ficontec約18.82%的股權，未來或將收購剩余81.18%股權達到全資控股。

在硅光模塊大功率CW光源方面，由于相比較傳統的EML激光器，大功率CW激光器為硅光模塊提供連續的光信號，光功率保持不變，將調制功能剝離到硅光芯片上的調制器上，這樣既可以降低激光器成本，也可以降低光模塊的失效比例，因此是硅光模塊主要采用的激光器方案之一。包括源杰科技、仕佳光子等在內的國內多家光芯片公司都在布局，均推出了各種功率的CW光源產品。

硅光器件和硅光模塊是硅光子產業鏈的主力環節，頭部廠商在硅光子技術的深度布局也將影響硅光產品的滲透率。此前硅光子技術推動者主要是海外巨頭廠商，包括英特爾、思科和Lumentum等。隨著硅光子技術的不斷發展，多家國內外廠商具備了硅光子技術的設計和封裝等能力，有望加速硅光子產品的滲透。

其中中際旭創是全球領先的光模塊頭部廠商，在硅光芯片領域深耕多年，公司在400G、800G等產品都有硅光產品的布局，有望在2025年能夠實現批量化出貨。

天孚通信的光引擎產品，既有傳統分立式方案也有硅光方案。在硅光方案中，天孚通信既可以提供配套的FA連接器、MT產品、PM產品等光無源器件，也可以提供硅光封裝工藝，具備較強的競爭力。博創科技則與海外硅光芯片頭部廠商保持深度合作，高速光模塊具備較強優勢。

此外還有硅光工藝代工廠，目前大部分硅光器件/模塊廠商都會選擇自己定制化芯片設計，然后將版圖給到代工廠進行流片。當前中芯國際等廠商在布局硅光子技術。燕東微硅光工藝平臺的一款光通信產品已實現工藝貫通，進入樣品批試制階段。