硅光晶元的市場前景和產業化難題

本文作者從硅光晶元的優勢、市場定位及行業痛點，帶大家深度了解真正的產業狀況。

編者按：本文來自「OFweek電子工場「公眾號，原創作者：初陽，36氪經授權轉載。

近幾年，硅光晶元被廣為提及，從概念到產品，它的發展速度讓人驚嘆。硅光晶元作為硅光子技術中的一種，有著非常可觀的前景，尤其是在5G商用來臨之際，企業紛紛加大投入，搶佔市場先機。硅光晶元的前景真的像人們想像中的那樣嗎？筆者從硅光晶元的優勢、市場定位及行業痛點，帶大家深度了解真正的產業狀況。

硅光晶元的優勢

硅光晶元是將硅光材料和器件通過特殊工藝製造的集成電路，主要由光源、調製器、有源晶元等組成，通常將光器件集成在同一硅基襯底上。硅光晶元的具有集成度高、成本低、傳輸線更好等特點，因為硅光晶元以硅作為集成晶元的襯底，所有能集成更多的光器件；在光模塊裡面，光晶元的成本非常高，但隨著傳輸速率要求，晶圓成本同樣增加，對比之下，硅基材料的低成本反而成了優勢；波導的傳輸性能好，因為硅光材料的禁帶寬度更大，折射率更高，傳輸更快。

硅光晶元的市場定位

光晶元作為光通信系統中的核心器件，它承擔著將電信號轉換成光信號或將光信號轉換成電信號的重任，除了外加能源驅動工作，光器件的轉換能力和效率決定著通信速度。為什麼未來需要硅光晶元，這是由於隨著5G時代的到來，晶元對傳輸速率和穩定性要求更高，硅光晶元相比傳統硅芯的性能更好，在通信器件的高端市場上，硅光晶元的作用更加明顯。

未來人們對流量的速度要求很高，作為技術運營商，5G的密集組網對硅光晶元的需求大增。之所以說硅光晶元定位通信器件的高端市場，這是由於未來的5G將應用在生命科學、超算、量子大數據、無人駕駛等，這些領域對通訊的要求更高，不同於4G網路，零延時、無差錯是最基本的要求。目前，國內核心的光晶元及器件依然嚴重依賴於進口，高端光晶元與器件的國產化率不超過10%，這是國內加大研究光芯的內在驅動力。

巨頭紛紛布局

正是由於硅光晶元的前景廣闊，國內外巨頭紛紛布局。包括英特爾、Luxtera公司、Rockley等都具備了硅光晶元的研發能力。英特爾的硅光晶元主要針對5G無線基礎設施市場，它的100G硅光收發器產品組合為滿足下一代通信基礎設施的帶寬要求而優化，同時可承受惡劣的環境條件。Luxtera公司也在致力於硅基混合集成PIC的研究，已經實現了將磷化銦激光器集成在硅基基底上，它開發硅基PIC的主要目的是應用於伺服器與伺服器之間、伺服器與交換機之間的高速互聯等應用場合，它採用電子集成電路常用的CMOS工藝實現PIC，實現方式較英特爾要簡化很多。Rockley公司的差異化硅製造技術可以生產具有相對較低功耗、較低競爭性成本的光學器件，例如基於硅光子學的收發器等，Rockley的目標市場包括消費電子、自動車輛、生物醫學、工業和數據中心。

令人可喜的是，國內在硅光晶元上也取得了突破性進展，我國自主研發的首款商用「100G硅光收發晶元」已經投產使用，這款晶元在體積、性能、成本、通用化等方面達到了全球第一梯隊的水準。

硅光晶元的產業化難題

科技想得到普及，除了技術，產業化也是一個很漫長的國產，硅光晶元產業也在不斷的朝著正確的方向前進。就硅光晶元產業鏈而言，全球亦仍處於初級階段，硅光晶元要實現大規模的商用還有很長的路要走，據相關數據統計，2017年全球硅光晶元的市場不到5億美元。

硅光晶元的產業化難題主要有材料、設計架構、製造良率、封裝成本等難題，但不可否認它廣闊的市場前景，隨著5G時代的來臨，這些難題會慢慢迎刃而解。

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