頂級公司選擇光學 I/O 來推動計算超越百億億次級并進入澤級。該技術在 AMD 首席執行官蘇麗莎最近的一次演講中被選為從功率和性能角度實現 zettascale 計算的關鍵技術。“光通信是一個關鍵領域，我們認為它對我們達到類似 zettascale 類型的計算能力非常非常重要，”Lisa Su 說。

光通信已經使用了幾十年，主要用于電信，以加快長距離傳輸。到目前為止，硬件需要可插拔模塊來傳輸和接收信號，因為數據要從一個點長距離傳輸到另一個點。但是芯片制造商現在正在使光學 I/O 更接近芯片層，以便在超級計算機和數據中心基礎設施中進行短距離通信。例如，光學器件可用于近距離連接 GPU。

Lisa Su也表示，AMD 正在與 DARPA 合作將光學解決方案封裝到芯片中。

使用以太網和 InfiniBand 等技術的英特爾也將硅光子學視為其 zettascale 計劃的組成部分。英特爾在其未來基于小芯片的芯片設計中采用光學封裝來解決帶寬和能效問題，其中計算核心可以像模塊一樣拼接在一起。

英特爾當前的名為 Ponte Vecchio 的超級計算 GPU 擁有一項名為 XE Link 的技術，這是一種提供 GPU 之間通信鏈接的tiles。“其中一些可以升級到光學 I/O，”英特爾公司副總裁兼加速計算系統和圖形事業部臨時總經理 Jeff McVeigh 在去年的新聞發布會上說。

Broadcom 也在追逐小芯片上的光學互連。該公司是最近進入光學 I/O 領域的公司，本月早些時候宣布了一種集成度更高的光學 I/O，其通信速度可達每秒 51.2 太比特。

光芯片迎來發展機遇

半個世紀以來，微電子技術大致遵循著“摩爾定律”快速發展，隨著信息技術的不斷拓寬和深入，芯片的工藝制程已減小到?5nm?以下，但由此帶來的串擾、發熱和高功耗問題愈發成為微電子技術難以解決的瓶頸。

同時，在現有馮諾依曼計算系統采用存儲和運算分離的架構下，存在“存儲墻”與“功耗墻”瓶頸，嚴重制約系統算力和能效的提升。此外，處理器與內存之間、處理器與處理器之間信息交互的速度嚴重滯后于處理器計算速度，訪存與I/O瓶頸導致處理器計算性能有時只能發揮出10%，這對計算發展形成了極大制約。

電子芯片的發展逼近摩爾定律極限，繼續在電子計算技術范式上尋求突破口步履維艱。在面向“后摩爾時代”的潛在顛覆性技術里，光芯片已進入人們的視野。

光芯片，一般是由化合物半導體材料（InP和GaAs等）所制造，通過內部能級躍遷過程伴隨的光子的產生和吸收，進而實現光電信號的相互轉換。

微電子芯片采用電流信號來作為信息的載體，而光子芯片則采用頻率更高的光波來作為信息載體。相比于電子集成電路或電互聯技術，光芯片展現出了更低的傳輸損耗 、更寬的傳輸帶寬、更小的時間延遲、以及更強的抗電磁干擾能力。

此外，光互聯還可以通過使用多種復用方式（例如波分復用WDM、模分互用MDM等）來提高傳輸媒質內的通信容量。因此，建立在集成光路基礎上的片上光互聯被認為是一種極具潛力的技術，能夠有效突破傳統集成電路物理極限上的瓶頸。

回顧光芯片發展歷程，早在1969年美國的貝爾實驗室就已經提出了集成光學的概念。但因技術和商用化方面的原因，直到21世紀初，以Intel和IBM為首的企業與學術機構才開始重點發展硅芯片光學信號傳輸技術，期望能用光通路取代芯片之間的數據電路。

近年來隨著技術的發展，包括硅、氮化硅、磷化銦、III-V族化合物、鈮酸鋰、聚合物等多種材料體系已被用于研發單片集成或混合集成的光子芯片。

在過去數年里，光子集成技術的發展已經取得了許多進展和突破。

據了解，目前純光子器件已能作為獨立的功能模塊使用，但是，由于光子本身難以靈活控制光路開關，也不能作為類似微電子器件的存儲單元，純光子器件自身難以實現完整的信息處理功能，依然需借助電子器件實現。因此，完美意義上的純“光子芯片”仍處于概念階段，尚未形成可實用的系統。嚴格意義上講，當前的“光子芯片”應該是指集成了光子器件或光子功能單元的光電融合芯片，仍存在無法高密度集成光源、集成低損耗高速光電調制器等問題。

光子集成電路雖然目前仍處于初級發展階段，不過其成為光器件的主流發展趨勢已成必然。光子芯片需要與成熟的電子芯片技術融合，運用電子芯片先進的制造工藝及模塊化技術，結合光子和電子優勢的硅光技術將是未來的主流形態

高速數據處理和傳輸構成了現代計算系統的兩大支柱，而光芯片將信息和傳輸和計算提供一個重要的連接平臺，可以大幅降低信息連接所需的成本、復雜性和功率損耗。隨著光芯片技術的發展迭代，大型云計算廠商和一些企業客戶的需求都在從100G過渡到400G，400GbE的數據通信模塊出貨量翻了一倍，在2021年達到創紀錄的水平。

由此可見，光器件行業整個產業鏈都在持續向滿足更高速率、更低功耗、更低成本等方向演進升級，800G及更高速率產品也逐漸開始使用，不同細分領域都面臨新技術的迭代和升級。

迄今為止，硅光子商業化較為成熟的領域主要在于數據中心、高性能數據交換、長距離互聯、5G基礎設施等光連接領域，800G及以后硅光模塊性價比較為突出。此外，Yole認為未來幾年內增長最快的將是汽車激光雷達、消費者健康和光子計算領域的應用。

光芯片產業多路徑發展部署加快

光芯片產業分布相對集中，發達國家正積極部署并致力于打造區域特色。光芯片產業主要分布在北美、歐洲、東亞、南亞四大地區。美國產業實力整體較為強勁，擁有Intel、IBM、Infinera等世界領先的光芯片企業，并通過成立光子集成研究院AIM Photonics等方式引導各方資源投入光芯片產業。歐洲高度重視光芯片產業發展，形成了科研院所與企業聯合代工等產業模式，積極構建標準化光芯片代工生態鏈，并通過“地平線計劃”等項目推動光芯片技術發展。其他國家也充分發揮自身優勢，積極打造區域特色的光芯片產業。

光芯片產業快速建設，部分領域產業布局已成熟完整。在全球芯片短缺的大環境下，相關科研院所和產業機構均投入大量的人力、物力和財力發展光子集成技術產業體系，推動光芯片產業高速發展。當前，光芯片在移動通信、激光加工等傳統領域的產業布局已相對完整，但在消費健康、3D傳感、高性能計算等新興領域仍處于產業化初期或前夕階段，全生態體系構建仍然面臨諸多問題。

光芯片產業路線多樣，標準化難度較大。光芯片產業鏈需要應用需求、開發設計、加工制造、封裝測試等多個產業環節之間的相互配合。受材料體系多樣、器件類型豐富、光電領域差異等因素影響，不同企業制造的相同功能產品，采用的技術方案存在較大差異，形成了多樣性的產業路線，產業鏈各環節也相應地向不同的產業路線靠攏并逐漸細化。多樣化的路線導致產業鏈標準化難度加大，催生了面向個性化定制化的產業形態。


芯片企業：謹慎中前進

目前全球芯片技術已經進入了3nm時代，由臺積電和三星兩家廠商生產，疊加制造設備受限等等問題，我國很難在傳統制造工藝和思路上進行突破。

但上文光子芯片有望量產的消息，則帶來了新的希望。

這意味著光子芯片逐漸突破既往研究桎梏，來到一個新的十字路口。如果能夠在后期實現成功量產，中國芯也許有望打破被卡脖子的局面。

無論是理論還是實踐，光子芯片的新成就，也是政策扶持導向的結果。

去年10月，上海印發《上海打造未來產業創新高地發展壯大未來產業集群行動方案》，提到積極培育量子科技產業，其中就涉及光子芯片。

今年1月，浦東新區人民政府印發《張江科學城擴區提質三年行動方案（2022-2024年）》，其中一個任務焦點就是聚焦張江過往硬核科技特色，強調在在上一輪光子科學基礎設施陸續投入運營的基礎上，升級一批重大科學基礎設施，保持在光子科學上的領先地位。

當然，政策利好是好事，資本的活躍也是產業發展的重要源頭活水。

今年1月，國內光量子芯片企業「圖靈量子」宣布完成數億元人民幣A輪融資，由簡稱中網投領投，華控基金、東證創新、聯想創投等跟投。本輪融資將主要用于芯片量產能力打造、全棧產品的技術研發、以及面向行業應用的產業化推進。

去年年底，國內光芯片企業——源杰科技登陸科創板，IPO發行價為100.66元/股。

專注于硬科技創業投資與孵化的中科創星，光子芯片是其關注的重點。援引《經濟日報》消息，到去年9月，中科創星已投資孵化370家硬科技企業，其中150多家為光子和半導體芯片公司。

當然，資本的故事講得好，不意味著公司的業務在短期有盈利可能性，投資者仍需要謹慎調查。但資本進來，對于行業初期的發展來說，益處不少。

國外的情況也不必多說，在臺積電積極在美布局生產線的形勢下，半導體領域自然是美國資本市場的寵兒。

去年11月，巴菲特旗下伯克希爾?哈撒韋公司 (Berkshire Hathaway) 宣布以超過41億美元（約合人民幣288.82億元）的價格“抄底”晶圓代工龍頭臺積電股份。

不過，與這一豪舉相比，國內企業在逆全球化趨勢下，拿到的國際資本有可能收緊。

根據彭博消息，分析師對2023年芯片行業的利潤預期，比今年下降20個百分點以上，降幅遠大于其他科技行業。

我國光芯片未來發展展望

現階段，我國光芯片市場規模龐大。一方面，5G、千兆光網等新型信息基礎設施的高速建設提高了對光芯片的應用需求；另一方面，人工智能、數據中心等熱點領域也為光芯片產業創造了巨大的發展空間。與電芯片相比，我國部分光芯片研究處于全球第一研發梯隊，相關成果可達世界領先水平。例如，曦智科技公司發布的PACE光計算引擎，運行經典人工智能模型的運算速率可達目前高端GPU的780倍；光子算數公司推出的光電混合計算加速卡，打破了國外的技術壁壘，實現光芯片加工的全流程國產化，目前已初步應用在數據中心領域。光芯片有望成為我國半導體產業“換道超車”的重要機遇。

但不可否認的是，相較于部分發達國家，我國光芯片技術產業的整體生態建設仍不完善，在基礎材料、配套軟件、加工制造等方面存在明顯短板，部分產品上中游產業嚴重依賴海外。我國需要加大對光芯片技術和產業的支持力度，打牢發展基礎，補齊產業短板，集技術、產業、政策、投資之合力助推光芯片領域高質量發展。