解读光子芯片：高传输速度+高宽带，AI 浪潮下核心前景技术

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光子芯片：高传输速度+高宽带，AI 浪潮下核心前景技术

随着人工智能技术发展，各行业对智能计算能力需求旺盛，传统电子计算体系及芯片面临性能与能耗等诸多问题。近年来，伴随着 AlphaGo、ChatGPT 为代表的人工智能革命性成果的诞生，深度神经网络、人工智能大模型等技术成为全球关注和发展的焦点，各行业对提升智能计算能力的技术需求旺盛，传统电子计算体系存在的“冯·诺依曼瓶颈”、摩尔定律放缓、“功耗墙”等问题日益显著。

自 2012 年以来，AI 的算力需求以指数速率快速增长，平均每 4 个月增长一倍，远远超过了摩尔定律所描述的电子芯片性能提升速度，后者大约每 18 至 24 个月翻倍。传统的电子芯片不仅在性能上受到挑战，而且还伴随着惊人的能耗问题。 

我们认为光子芯片技术或是解决“后摩尔时代”关键瓶颈的最具前景的解决方案。在当前的技术发展背景下，解决“后摩尔时代”电子芯片在算力和能耗方面瓶颈的主要技术路径可分为三大类。 

1. 第一类通过先进制程进一步缩小电子逻辑器件的尺寸从而延续摩尔定律，包括极紫外（EUV）光刻机、鳍式场效应型晶体管（FinFET）、环绕式栅极晶体管（GAA）以及可实现 1 nm 工艺的二维材料晶体管等；

2. 第二类通过高级封装方案将多个芯片异质集成到一起以提高系统的整体性能，如光互连、2.5D/3D 封装、Chiplet 等；

3. 第三类是超越传统 CMOS 技术开发的具有高算力和高能效比的新型计算体系，如光计算、碳基计算和量子计算等。

前两类技术路径仍然是在传统电子芯片体系内进行改进，第三类路径代表了更为革新、更具前景的技术路径。其中碳基计算和量子计算离真正实用化还有很长的路要走，而光计算或光电混合计算则是当前最有望解决算力供给和低功耗数据处理等难题并得到实际应用的技术途径。 

据中国通信学会，硅光芯片结合了集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势。经过 20 余年的快速发展，得益于大容量数据通信场景的日益增加以及新需求、新应用的出现，硅光芯片技术研究已逐渐从学术研究驱动转变为市场需求驱动。如今，我们可以在硅芯片上实现包括调制器在内的所有光子功能的单片集成，也可以采用同一套流片工艺将硅光子功能元件与微电子集成电路进行一体化集成。这种前所未有的光电融合能力，给未来芯片性能飞跃带来无限可能。 

对比传统芯片，光子芯片的优势特征显著： 

传统的电子芯片（Electronic Chips）依赖于电子的流动来处理信息。然而，电子传输速度较慢，且随着数据量的增加，热量积累成为一个严重问题。相比之下，光子芯片使用光子来传输数据，几乎不受电磁干扰（Electromagnetic Interference）的影响，能够在更高的频率下工作，提供更高的数据带宽（Bandwidth）和更低的能耗。例如，根据《自然》杂志上的一项研究，某些光子芯片的数据传输速率可以达到每秒数百 Gbps（Gigabits per second），远超传统电子芯片。 

近年来,数据中心、星链网络、超级计算、通信系统等信息领域重大应用及产业发展需求不断兴起和持续演进。对光子芯片提出了更严苛的要求和更强烈的需求。随着信息技术的不断进步，数据中心作为信息存储和处理的核心基础设施，其性能与效率直接影响到整个社会的运行效率和信息处理能力。传统的基于电子芯片的数据中心面临着能耗高、热量大、速度瓶颈等多重挑战。光子芯片（Photonic Chips）的出现，被视为一种革命性的解决方案，旨在通过光学而非电子方式进行数据传输和处理，以实现数据中心性能的大幅提升和能效的显著优化。 

1.1. 技术原理：光学和电子学在芯片上的强强联合 

光子芯片，或称为光子集成电路（Photonic Integrated Circuits, PICs），是一种利用光信号进行数据传输和处理的微型设备。与传统的电子芯片相比，光子芯片使用光而非电信号，拥有更高的传输速度和更低的能耗。

光子芯片的核心组件： 

1） 波导（Waveguides）：波导是光子芯片中的基础结构，用于引导和限制光信号在芯片内部的传播路径。它们通常由高折射率材料制成，以保持光在特定路径内。波导的设计和制造对于光子芯片的性能至关重要。

2） 调制器（Modulators）：调制器在光子芯片中扮演着控制光信号的角色。它们通过改变光的强度、相位或极化状态来编码信息。最常见的类型包括电光调制器（Electro-optic Modulators）和热光调制器（Thermo-optic Modulators）。

3）探测器（Detectors）：探测器用于将接收到的光信号转换回电信号。它们通常由半导体材料制成，能够响应特定波长的光。探测器的灵敏度和速度对于整个光子系统的性能至关重要。 

4） 光源（Lasers）：光子芯片通常需要一个稳定的光源来生成光信号，激光器是最常见的选择。集成激光器（Integrated Lasers）可以直接在芯片上生成所需波长的光。

5） 耦合器（Couplers）：耦合器用于将光信号有效地输入和输出光子芯片。它们可以是光纤到芯片的耦合器（Fiber-to-Chip Couplers）或芯片内部的光信号分配器。

6）光学滤波器（Optical Filters）：光学滤波器在光子芯片中用于选择或抑制特定波长的光。它们对于波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）等高级通信应用至关重要。 

雷射光源与芯片的整合是关键环节。由于发光层异质整合技术难度较高，目前大部分产品和文献采用外置式 DFB 雷射光源进行对准耦光。例如，美国 Luxtera 公司（已被 Cisco 收购）采用分立式透镜聚焦方式，将雷射光通过光栅耦合器耦合进入硅光子芯片。Luxtera的硅光子芯片结合了驱动及放大集成电路，采用四通道并列式（PSM4）传输结构，利用四芯单模光纤进行输入和输出，可实现 100Gb/s 的总收发传输量。 

芯片中包含两种光栅耦合器：单光极化式光栅耦合器用于耦合 DFB 雷射光源及光信号发射端，双极化分光式光栅耦合器用于无特定光极化方向输入的光信号接收端。由于采用相同波长输出的 PSM4 传输结构，只需一颗高功率的 1310nm DFB 雷射输入。雷射光通过硅光平台（Si Optical Bench）、球型透镜聚光、法拉第光极化旋转器及硅蚀刻形成的反射面，最终经半波片打入硅光子芯片。法拉第光极化旋转器和半波片的作用是防止反射的雷射光注入 DFB 雷射中，避免不必要的光共振，从而破坏 DFB 雷射的光特性。 

1.2. 发展之路：计算需求增长+光计算模型的双重历史 

总结来看，光子芯片的发展历程是一段横跨数十年，从基础理论探索到实际应用的复杂历史。这一领域的进展不仅展示了科技的飞跃，还反映了信息和通信技术领域的重大变革。  

1.3. 技术突破：从集成光子学到硅光技术 

在光子芯片的技术发展历程中，关键技术突破和重大科研成果层出不穷，推动了光子学（Photonics）在信息技术领域的应用从理论探索走向实际应用，并逐步实现了对传统电子芯片的性能优势转换。以下是几个标志性的技术突破和革新，它们共同塑造了当前光子芯片技术的发展态势： 

1.3.1. 集成光子学：从电信、传感到量子计算 

光电子集成芯片(PIC)是集成光电子技术的核心,利用光信号而非电信号进行操作。PIC 的关键组件包括波导、调制器、探测器和光源。 

1） 波导是 PIC 的主干,负责在芯片内部限制和引导光。波导通常由硅、氮化硅或磷化铟等材料制成。波导的设计涉及控制核心和包层材料之间的折射率对比,以确保光能高效传播,损耗最小。

2） 光学调制器对于将信息编码到光波中很重要。它们通过改变通过的光的强度、相位或偏振来发挥作用。调制器常常利用电光效应或热光效应来实现折射率的快速调制。

3） 集成光电子技术中的探测器将光信号转换回电信号。在需要读出数据或进一步处理电子信号的应用中,探测器发挥着关键作用。光电探测器通常由具有高光吸收系数的材料制成,如集成在硅上的锗或铟镓砷等 III-V 族化合物。

4）光源(包括激光器和发光二极管)在集成光电子技术中扮演着关键角色。将高效、相干的光源集成到光子芯片上一直是一个重大挑战,这主要是由于材料不兼容性和热管理问题。目前,将 III-V 族半导体激光器键合到硅芯片上的混合集成技术已成为一种流行的方法。 

1.3.2. 硅光：数据中心开启硅光子时代 

硅基光电子集成技术（简称“硅光技术”），通过传统微电子 CMOS 工艺实现光电子器件和微电子器件的单片集成，是研究和开发以光子和电子为信息载体的硅基大规模集成技术。下图为硅基光电子集成芯片的概念图，该芯片由光源、调制器、光波导、探测器及电路芯片构成，由激光器产生光信号并通过调制器和探测器实现高速电信号与光信号的收发。目前，硅光技术主要采用基于 SOI（绝缘衬底上硅）衬底的制造平台，已能实现探测器与调制器的单片集成。然而硅基光电子集成芯片的性能受限于硅材料本身的光电性能，仍存在无法高密度集成光源、集成低损耗高速光电调制器等问题。

因此，利用不同种材料发挥其各自光电特性优势的硅基光电异质集成技术近年来发展迅速。硅基光电异质集成技术不仅拥有硅材料可大规模 CMOS 制造的特点，同时充分发挥不同材料的优异光电特性，可实现传统硅光技术无法媲美的器件指标，进而实现真正意义上的硅基光电子单片集成系统。 

光子芯片制造工艺特点包括： 

1. 结构创新设计，采用绝缘体上硅（SOI）晶圆作为基底，其独特的三明治结构（顶层硅/埋氧层/衬底）既能保证波导光场约束，又可有效抑制基底损耗通过曲线掩模技术优化波导弯折结构，以渐变曲率替代传统直角转折，使光传输损耗降低 90%以上。

2. 材料体系突破， 针对硅材料间接带隙缺陷，采用异质集成技术将 III-V族半导体（如 InP、GaAs）键合于硅基板，实现高效光发射引入锗材料提升近红外波段光电探测效率，结合氮化硅材料改善中红外波段的透光性能开发新型掺杂工艺精准调控硅基波导载流子浓度，优化电光调制器的消光比与响应速度。 

3. 工艺兼容性提升，光刻环节采用 193nm 浸没式光刻结合电子束直写技术，实现 100nm以下特征尺寸加工开发低温等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺，确保光学薄膜与CMOS 电路的热预算兼容通过深紫外激光退火技术实现局部区域快速热循环，平衡材料性能与器件可靠性。

若将上盖光层去除，各式所需的导波结构、光波长滤波或多工结构、光功率分配结构、光极化控制结构、光纤输入输出结构、光调制结构、光波相位调整、及光侦测结构等均有其需求性结构的 3D 示意图，如下图的光电器件。 

针对硅基光电子器件的光-电-热多物理场耦合问题，现代制造工艺采用：微纳结构应力工程：通过硅锗应变层调节材料能带结构。三维集成技术：实现光互连层与电子电路层的垂直堆叠。热管理方案：集成微型热电制冷器（TEC），将工作温度波动控制在±0.1℃以内。 

这种融合微电子与光子学的制造体系，使单芯片集成度突破万级光学元件规模，为下一代光计算、量子通信等领域提供了核心硬件基础。当前最先进的硅光工艺节点已达 12 英寸晶圆、45nm 线宽水平，光传输损耗降至 0.1dB/cm 量级，调制器带宽突破 100GHz。 

CPO 是将 PIC 和 EIC 异构集成到一个封装基板上。这种集成结合了光学和电子元件的优势，实现了高速数据传输和处理。集成光收发器有多种封装选择，包括可插拔收发器、板载光学器件 （OBO）、近封装光学器件 （NPO） 和共封装光学器件 （CPO）。下图显示了这些封装方法的演变过程，突出显示了从可插拔收发器到 CPO 的过渡，以实现更高的性能和集成度。 

1.4. 核心材料：硅基材料+磷化铟材料协同撑起光子芯片的发展大厦 

实现真正意义上大规模光电集成芯片的产业应用，需要依托硅材料与不同种类光电材料的异质集成，以充分发挥各种材料的优异特性。相较于微电子领域集成电路的飞速发展，光电子领域的集成化道路显得阻碍重重。自从 Soref 20 世纪 80 年代末期最早提出硅光技术以来，虽然无论在器件性能、集成度还是应用方面都有了众多突破性进展，但至今仍有很多主流光模块厂商依然采用光电器件分立封装的形式，主要原因是受限于硅材料本身的光电性质。

例如，硅材料间接带隙的能带结构使得它无法实现高效率的片上光源，线性光电效应（Pockels 效应）限制了调制器的速度。下图列举了目前各种材料体系所对应的优势光电器件，如Ⅲ -Ⅴ族材料制作的激光器光源、单光子源、调制器，Ge（锗）材料制作的探测器，LiNbO3（铌酸锂）材料调制器，磁光材料 YIG（钇铁石榴石）光隔离器，二维材料调制器，SiN（氮化硅）材料制作的宽谱低损耗光波导等。其中，对于光通信应用，Ⅲ -Ⅴ族材料制作的光源、LiNbO3 制作的调制器和 YIG 材料制作的隔离器相比于硅基器件具有无法比拟的优势。因此，实现真正意义上大规模光电集成芯片的产业应用，需要依托硅材料与不同种类光电材料的异质集成，以充分发挥各种材料的优异特性。 

目前较为成熟的材料体系为硅基材料。由于硅是间接带隙材料，发光效率低，不适合做光源。 

下面展示了目前硅基光电异质集成领域的多种技术路线。 

① 片间混合集成技术。其与目前产业化应用最广泛的透镜耦合最为接近，但本质上还属于微封装技术，在多个光源耦合的应用中需要耗费大量时间在精密耦合对准工艺上，同时无法进行大规模光源的集成；目前有部分光模块公司采取该方案制作硅光产品。

② 片上倒装焊技术。通过将制备好的激光器芯片进行倒装焊集成到硅光芯片上，解决了可以集成光源的问题。但硅光芯片需要刻蚀开槽精确控制激光器耦合高度，同时仍需要解决高精度耦合问题，因此产业中该方案也没有得到应用。

③ 片上键合异质集成技术。最早由美国加州大学圣芭芭拉分校 John Bowers课题组提出，通过键合Ⅲ-Ⅴ族外延材料到已加工好的硅光晶圆上然后通过后工艺制作Ⅲ -Ⅴ族有源器件。该技术可实现Ⅲ -Ⅴ族材料与硅光芯片的大规模集成，但开发难度大，产品良率难以控制。

④ 片上直接生长异质集成技术。通过在已制作好的硅光晶圆上开槽，利用选区外延的方法生长Ⅲ -Ⅴ族材料，随后通过Ⅲ -Ⅴ族工艺制造光源。该种方法类似键合异质集成的流片过程，但不需要复杂的芯片到晶圆键合（die to wafer bonding）工艺，是最接近于 CMOS 集成工艺的异质集成技术。该技术虽然适合晶圆级大规模量产工艺，但对硅基Ⅲ-Ⅴ族外延技术有着很高的材料生长要求，需要解决一系列诸如硅基异质材料外延、片上光源耦合及片上光源老化等难题；目前该技术仍处于学术研究阶段。

1.5. 应用前景：数据中心革命领航者，开启智能时代全新赛道 

光子芯片具有广泛的应用前景，可以应用于通信、计算、传感等领域。 

与此同时，人工智能领域正呈现出迅猛的发展态势。根据 Open - AI 发布的分析数据，自 2012 年起，AI 训练对于算力的需求每 3.43 个月便实现翻番，增长速度远超摩尔定律的演进节奏。 

根据 Yole 数据分析，以硅光芯片为例，预计硅基光子集成芯片（PIC）的市场规模将从 2022 年的近 6800 万美元增长到 2028 年的 6.13 亿美元。2022 年至 2028 年的复合年增长率（CAGR）为 44%。下游领域中，光学计算，通信，数据中心领域发展较为迅速。 

当深入处理更复杂的计算任务时，尤其是涉及超过 5000 亿个参数的大型模型时，遇到了重大挑战---系统的性能越来越受计算节点之间的通信而非计算本身的影响。这种现象就是封装逃逸带宽瓶颈。传统的电子 I/O 解决方案难以满足芯片之间和跨系统数据传输日益增长的需求。随着计算能力的提升，电子信号的局限性愈发明显，导致功耗增加、热管理问题，最终限制了系统性能。 

传统的基于电子芯片的数据中心面临着能耗高、热量大、速度瓶颈等多重挑战。光子芯片（Photonic Chips）的出现，被视为一种革命性的解决方案，旨在通过光学而非电子方式进行数据传输和处理，以实现数据中心性能的大幅提升和能效的显著优化。 

1） 光互连（Optical Interconnects）：利用光波导（Waveguides）和光纤来代替传统的电缆和铜线，实现服务器之间、数据中心内部以及数据中心间的高速数据传输。光互连技术可以显著降低延迟和能耗，提高数据传输速度和带宽。

2） 光开关（Optical Switches）：通过光调制器（Optical Modulators）实现数据流的快速切换和路由，以代替传统的电子开关。光开关具有高速、低能耗的特点，能够提高数据中心的处理效率和响应速度。

3） 光存储（Optical Storage）：利用光学技术进行数据存储，相较于传统的电子存储解决方案，光存储具有更高的数据密度和更低的能耗。

4）高速数据传输：光子芯片支持的高速光传输技术可以大幅提升数据中心内部以及与外界的数据交换速度，为大数据处理和云计算提供强大的数据吞吐能力。

5）能源效率：相比于电子传输，光传输具有更低的能耗。在数据中心这种高能耗环境中，使用光子芯片可以显著降低运营成本，并减少对环境的影响。 

1.5.2. 通信技术革新：提升网络性能，支持超高清视频传输 

光子芯片在通信技术中的应用，特别是在 5G 和预期的 6G 网络中，预示着一场深刻的技术革新。这些先进的网络技术对数据传输速度和网络可靠性提出了更高的要求，光子芯片以其超高速的数据传输能力和低延迟特性，成为满足这些要求的关键技术之一。 

1.5.3. 汽车雷达进军：激光雷达与光纤陀螺仪是自动驾驶的关键组成 

在 2021 年全虚拟 CES 上，Mobileye 总裁兼首席执行官 Amnon Shashua 教授发表了年度“Under the Hood”演讲，展示了一款新型硅光子激光雷达 SoC，该 SoC 将从 2025 年开始为自动驾驶汽车提供片上调频连续波 (FMCW) 激光雷达。 

Mobileye 的方案从技术与商业两个维度化解了规模化挑战。对于自动驾驶汽车在全球范围内的普及而言，将技术成本降低至与未来自动驾驶汽车市场相适配的可承受水平，这一点至关重要。Mobileye 的解决策略，首先是采用价格低廉的摄像头作为主要传感器，随后结合具备真正冗余特性的辅助传感系统，以此达成安全关键性能，该性能相较于人类驾驶的安全性至少提升三个数量级。借助 True Redundancy™技术，Mobileye 能够以比采用融合系统更低的成本、更快的速度验证这一等级的性能。 

Mobileye 的软件定义成像雷达技术具备 2304 个通道、100DB 动态范围以及 40DBc 旁瓣电平，这些特性共同作用，使得雷达能够构建出足以支撑自动驾驶策略的感知状态。凭借全数字化和最先进的信号处理技术、多样化的扫描模式、丰富的原始检测以及多帧跟踪功能，Mobileye 的软件定义成像雷达标志着架构的范式转变，进而实现了性能的重大突破。 

1.5.4. 医疗领域发展：光子芯片正迅速成为推动医疗科技进步的关键力量 

光子芯片在通信技术中的应用，特别是在 5G 和预期的 6G 网络中，预示着一场深刻的技术革新。这些先进的网络技术对数据传输速度和网络可靠性提出了更高的要求，光子芯片以其超高速的数据传输能力和低延迟特性，成为满足这些要求的关键技术之一。光子芯片技术在医疗领域的应用正迅速成为推动医疗科技进步的关键力量，尤其在医学成像和精准医疗技术方面展现出较强潜力。通过高度集成的光子学组件，如波导（Waveguides）、光调制器（Optical Modulators）和光探测器（Optical Detectors），光子芯片能够提供更高效、更精准的医疗诊断和治疗手段。 

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光子芯片：优势与局限共存，如何锚定未来航向

光子芯片作为 “后摩尔时代” 信息领域发展的核心技术之一，正逐步登上时代舞台，成为科学界与产业界共同瞩目的焦点。光子芯片凭借独特的物理特性，在诸多方面展现出超越传统电子芯片的潜力；然而，作为新兴技术，它在发展过程中也面临着一系列挑战。深入剖析光子芯片的优势、劣势，并精准把握其未来发展方向，对推动信息技术实现跨越式进步、引领全球信息产业变革具有深远意义，同时也是我国突破 “缺芯” 困境、在国际光电信息产业竞争中抢占先机的关键所在。 

2.1. 光子芯片：优势领航，短板待补 

在摩尔定律面临困境的当下，积极探寻新型芯片技术，成为突破计算瓶颈、推动信息技术持续进步，进而满足不断增长的计算需求的关键所在。作为统治计算的一个基准法则，摩尔定律指出，微处理器芯片上的晶体管数每 18-24 个月翻一番，曾长期作为推动电子设备小型化和互联网普及的关键动力。但这是芯片制造商及供应商竭力维系摩尔定律的结果，随着逼近物理尺寸极限、散热难题即将成为无法克服的挑战，以及许多关键的计算密集型应用发展提速，人们对摩尔定律的未来产生了更多疑虑，对芯片技术创新的需求也愈发迫切。 

2.1.1. 高速低耗：光子芯片的制胜法宝 

在科技发展浪潮中，摩尔定律正面临芯片技术与人工智能发展带来的挑战。2016 年，《Nature》在 “超越摩尔（More than Moore）”一文中指出，摩尔定律已接近日薄西山，接下来硅晶技术的发展将不再以摩尔定律为中心，造出更好的芯片然后让应用跟进，而是从应用出发来看需要怎样的芯片支持，进而容纳更多细微复杂的创新方向。 

光计算技术具有并行计算的特点。光波的频率、波长、偏振态和相位等信息可以代表不同的数据，且光路在交叉传输时互不干扰。这些特性使得光子擅长做并行运算，与多数计算过程花在 “矩阵乘法”上的人工神经网络相契合。 

运算速度快：首先，光速快于电子速度，理想状态下，光子芯片的计算速度能比电子芯片快约 1000 倍。同时，采用成熟半导体工艺技术的光子芯片，即可达到当下需要的计算能力。 

功耗低：光子计算消耗能量少，同等计算速度下，光子芯片的功耗仅为电子芯片的数百分之一，可以缓解 AI 创新所需的数据中心建设对环境的影响。 

传输带宽宽：光计算技术具有并行计算的特点，光波的频率、波长、偏振态和相位等信息可以代表不同的数据，且光路在交叉传输时互不干扰。这些特性使得光子擅长做并行运算，与多数计算过程花在“矩阵乘法”上的人工神经网络相契合。 

抗电磁干扰能力强：光子芯片依靠光信号进行信息传输和处理，不易受到温度、电磁场和噪声变化的影响。 

集成度潜力大：随着技术发展，未来有望将更多光学元件集成在同一芯片上，实现更复杂功能，满足人工智能、物联网等领域对高性能芯片不断增长的需求。 

总体而言，光具有高计算速度、低功耗、低时延等特点，且不易受到温度、电磁场和噪声变化的影响，在 AI 应用领域，将光学技术与电子学结合，有望提供比传统方法更好的速度和能效。 

2.1.2. 光子芯片：潜力无限下的发展困境 

然而，光子芯片公司的发展也面临着不少挑战。光子芯片的制造涉及精细和复杂的工艺流程。与传统的半导体制程相比，光子集成电路（Photonic Integrated Circuits, PICs）需要更高的精度和控制。波长级别的精度要求导致光子元件的设计和制造难度显著增加。此外，集成不同光子组件（如激光器、调制器）到单一芯片上，需要解决材料和光学特性上的挑战。 

制造工艺复杂且成本高昂：高精度制造要求导致光子芯片的生产成本较高。为了使光子技术更具市场竞争力，必须通过改进制造工艺、提高产量、采用更经济的材料等方式来降低成本。目前，与成熟的电子芯片制造相比，光子芯片的大规模生产尚未实现，这限制了其在成本敏感型应用中的广泛应用。 

光子芯片领域迎来了国产替代的机会，国内市场持续扩大。2017 年，我国工信部正式批复同意武汉建设国家信息光电子创新中心，该中心由光迅科技、烽火通信、亨通光电等国内多家企业和研发机构共同参与建设，汇聚了国内信息光子领域创新资源，承载着解决我国信息光子制造业“关键和共性技术协同研发”以及“实现首次商业化”的战略任务，着力破解信息光子“缺芯”的局面。2018 年，中国信科宣布我国首款商用“100G 硅光收发芯片”正式投产。光子芯片有望成为我国在集成电路领域“换道超车”的重要机遇。 

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光子芯片企业图谱：行业巨头与潜力新秀

光子芯片公司的现状呈现出多方面的特点，在市场规模上，正展现出快速增长的态势。据 Yole 预测，硅光子市场（以裸晶计算）规模将从 2021 年的 1.52 亿美元攀升至 2027 年的 9.27 亿美元，年复合成长率达 36%。IDTechEx 报告显示，由于对人工智能数据中心需求的激增，到 2035 年，光子集成电路市场将达到 540 亿美元。 

光电子芯片产业涵盖多个关键环节，每个环节都有众多企业深度参与。 

3.1. 海外相关公司：光子芯片领域的巨头方阵 

海外光子芯片领域发展迅猛，多家企业各展所长。英特尔凭借在半导体领域的深厚积淀，在硅光子技术研发上成果丰硕，不断推进技术创新与应用拓展，在下一代通信和计算架构方面展现出强大的战略布局与发展潜力。Ayar Labs 作为光学互连领域的创新先锋，通过推出业界领先的封装内光 I/O 解决方案，实现了高带宽、高能效和低延迟，与众多行业巨头合作，推动着光学互连技术在 AI 等领域的广泛应用。

Lightmatter 以独特的光子计算技术重塑 AI 算力格局，其光子芯片在计算速度和能耗上优势显著，产品涵盖计算平台、芯片互连及适配软件，吸引大量资本注入，与日月光合作加速商业化进程。Luminous Computing 作为光子 AI 芯片领域的潜力黑马，基于创新的 Broadcast and Weight 方案构建光子集成电路，有效突破传统 AI 芯片数据传输瓶颈，致力于消除人工智能超级计算机的性能瓶颈 。 

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