電子發燒友網報道（文/李彎彎）在全球科技競爭的浪潮中，光子芯片作為突破電子芯片性能瓶頸的核心技術，正逐漸成為各方矚目的焦點。它以光波作為信息載體，通過集成激光器、調制器、探測器等光電器件，實現了低時延、高帶寬、低功耗的數據處理能力。隨著人工智能算力需求呈爆發式增長，光子芯片技術路線呈現出多元化的發展態勢。

主流技術路線：從材料創新到系統集成的突破

當前，光子芯片領域形成了多種主流技術路線。硅基光子集成技術依托成熟的CMOS工藝，利用硅材料實現光波導、調制器等器件的集成。通過將硅與氮化硅、磷化銦等材料進行異質集成，有效提升了器件性能。該技術具有顯著的工藝優勢，能夠兼容現有半導體產線，從而降低制造成本。同時，其高集成度特性使得單芯片可集成數百個光學元件，支持復雜光路設計。然而，硅基技術也面臨一些挑戰。硅的間接帶隙特性導致其發光效率較低，需要依賴外部光源。此外，調制器效率、探測器響應度等指標仍落后于III - V族材料。



在代表企業方面，英特爾推出了1.6T硅光模塊，采用8通道并行傳輸，功耗降低40%；華為發布了硅光全光交換機，實現了400G/800G端口密度提升3倍。2024年，英特爾硅光芯片在微軟Azure數據中心實現規模化部署，有力支撐了AI訓練集群的超高帶寬需求。

III - V族化合物半導體技術以磷化銦（InP）、砷化鎵（GaAs）為基底，能夠直接集成激光器、放大器等有源器件，實現單片全光子集成。這種技術具有高性能和低損耗的顯著優勢，電光調制效率達VπLπ = 0.2V·cm，較硅基器件提升2個數量級；波導傳輸損耗小于0.1dB/cm，支持超長距離光互連。不過，其成本高昂，化合物半導體晶圓價格是硅基的5 - 10倍，且工藝復雜，需結合分子束外延（MBE）等精密技術，良率控制難度較大。

Luxtera（現屬思科）開發了DFB激光器與硅光子芯片的混合集成方案，實現了100Gb/s傳輸速率；長光華芯量產了100G EML芯片，并計劃2026年推出50G VCSEL產品。2025年，長光華芯為中際旭創供應的25G DFB芯片，成功應用于英偉達H200 GPU的光模塊。

鈮酸鋰調制技術利用鈮酸鋰（LiNbO?）的電光效應實現高速調制，結合硅基波導實現光電協同設計。該技術具備超高速和低驅動電壓的特點，調制帶寬達100GHz，支持1.6Tbps單波長傳輸；Vπ小于2V，功耗較傳統方案降低60%。但鈮酸鋰材料存在脆性，晶圓加工易開裂，需要開發專用切割工藝，且與硅基工藝的兼容性仍需優化。

光迅科技發布了鈮酸鋰薄膜調制器芯片，插入損耗小于2dB；旭創科技與中科院合作開發了鈮酸鋰光子集成回路（PIC），實現了800G光模塊量產。2025年，香港城市大學團隊利用鈮酸鋰芯片構建微波光子濾波器，實現了6GHz帶寬內信號處理時延小于1ns。

技術融合與前沿探索：開啟光子芯片新未來

為了進一步提升光子芯片的性能和應用范圍，技術融合與前沿探索成為當前的重要方向。光電混合集成技術通過2.5D/3D封裝將硅光芯片與CMOS驅動芯片垂直集成，突破了“光進電退”的物理限制。臺積電的COUPE平臺實現了7nm制程與光子I/O的異質集成，單芯片帶寬達1.6Tbps；Ayar Labs推出的TeraPHY光子引擎，通過Chiplet架構將光互連延遲降低至2ns。

新型材料體系的研究為光子芯片帶來了新的可能性。氮化硅（Si?N?）具有低損耗波導特性，損耗小于0.1dB/cm，適用于量子光子芯片；薄膜鈮酸鋰（TFLN）的調制效率較塊狀材料提升10倍，支持400G/800G相干通信；二維材料（如石墨烯）具有超寬帶可調諧特性，可用于動態光子器件。

共封裝光學（CPO）架構將光引擎直接集成至ASIC封裝內，縮短了電信號傳輸路徑，功耗降低30%。博通發布了51.2T CPO交換機，采用硅光子 + DSP混合方案，支持AI集群的萬卡互聯；兆馳集成規劃2026年量產CPO模塊，目標市場為800G/1.6T數據中心。

寫在最后

展望未來，光子芯片的發展前景廣闊。短期來看，在2025 - 2027年，數據中心與AI算力將成為主要驅動力。光模塊市場規模將以17%的復合年均增長率增長，預計2030年達到110億美元，硅光芯片滲透率預計從2025年的25%提升至2030年的60%。

中期，在2028 - 2030年，光子計算與量子通信將迎來發展機遇。光子矩陣運算單元（PMU）有望替代傳統GPU，算力密度提升100倍；量子密鑰分發（QKD）網絡將依賴光子芯片實現城域級覆蓋。長期而言，在2030年以后，將進入光子-電子融合時代。光電混合芯片將占據高端計算市場80%的份額，推動ZB級算力時代的到來。