電子發燒友網報道（文/李彎彎）人工智能技術的迅速發展，全球數據流量每年呈爆發式增長。傳統電芯片在算力與能耗的矛盾中逐漸觸及物理極限，而光芯片憑借其超低傳輸損耗、超寬帶寬和超低延遲的特性，成為突破算力瓶頸的關鍵技術。據預測，2027年全球光芯片市場規模有望達到56億美元，年復合增長率16%。從800G到1.6T光模塊的量產，再到硅光子技術與光電共封裝（CPO）的突破，光芯片正重塑全球半導體產業格局。

技術演進：光電融合的必然之路

集成電路與集成光子的平行發展在2010年后迎來轉折點。隨著摩爾定律失效，光電融合成為延續技術進步的必然選擇。英特爾是最早研究硅光的巨頭廠商之一，其研究硅光子技術已經超過30年。從2016年推出硅光子平臺后，英特爾已出貨超過800萬個光子集成電路（PIC）和超過320萬個集成片上激光器，這些產品被很多大型云服務提供商采用。

英特爾的硅光技術，是用CMOS制造工藝，把激光器、調制器、探測器等光學器件與電路集成在同一塊硅基片上，實現電子與光學結合。

中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員歐欣領銜的團隊2024年開發出鉭酸鋰異質集成晶圓，并成功用其制作高性能光子芯片。歐欣介紹，不同于電子芯片以電流為信息載體，光子芯片以光波為信息載體，能實現低功耗、高帶寬、低時延的效果。不過，現階段的光子芯片受限于材料和技術，面臨效率較低、功能單一、成本較高等挑戰。

類似于電子芯片將電路刻在硅晶圓上，團隊將光子芯片的光波導刻在鉭酸鋰異質集成晶圓上。該集成晶圓是由“硅-二氧化硅-鉭酸鋰”組成的“三明治”結構，其關鍵在于最上層薄約600納米的高質量單晶鉭酸鋰薄膜及該薄膜與二氧化硅形成的界面質量。

光芯片與電芯片的本質差異體現在信息載體、能耗與應用場景等幾個方面。光子以101?Hz頻率傳輸，支持Tbps級速率且能耗低至0.1pJ/bit；而電子受限于109Hz頻率，速率與能耗均處于劣勢。這種差異決定了光芯片在長距離通信、AI計算等場景的不可替代性，而電芯片則在通用計算、控制邏輯等領域持續發揮價值。

技術代際的躍遷清晰可見：第一代分立器件（2000-2015）以DFB激光器、PIN探測器為主，應用于40G以下速率場景；第二代光電混合集成（2016-2022）通過硅光技術實現100G-400G模塊商用；第三代單片光電融合（2023-2030）則借助CPO技術將光引擎與ASIC芯片共封裝，功耗降低50%以上。

關鍵技術突破：多路徑競速的創新格局

芯片制造技術呈現多元化發展。EML芯片通過電吸收層實現高速調制，源杰科技2025年推出的100GEML芯片良率突破85%。硅光技術是將傳統微電子芯片與光子學融合的技術，也就是把電子元件和光學元件“擠”在同一片芯片上。相比傳統微電子芯片，硅光芯片傳輸速率更高、功耗更低，是5G/6G、AI算力網絡、量子信息等領域的底層技術，還可以繞開對EUV光刻機的依賴，實現芯片領域“換道超車”。薄膜鈮酸鋰是高性能玻璃狀材料，它能將數據傳輸速度顯著提升至1.6至3.2Tb/s，同時大幅降耗，為數據中心帶來前所未有的效率提升，兼具環境友好性。

先進封裝技術革命中，CPO與LPO成為焦點。傳統光模塊獨立于交換芯片，信號需通過PCB長距離傳輸，損耗大、功耗高。 而CPO將光引擎與芯片（如GPU、ASIC）集成在同一基板，電信號傳輸距離從厘米級壓縮至毫米級。這一變革使功耗直降50%-70%，英偉達1.6T光模塊功耗從30W驟降至9W，博通CPO交換機單通道功耗僅5.5W/800G。傳統光模塊依賴DSP芯片進行信號處理，功耗通常在25W以上，而LPO方案通過移除DSP芯片，功耗降低至10W左右。例如，新易盛的1.6T DR8硅光模塊采用LPO技術后，功耗降至10W，較傳統DSP模塊降低68%。

材料科學的突破為技術升級提供支撐。中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員歐欣團隊在鉭酸鋰異質集成晶圓及高性能光子芯片制備領域取得突破性進展。歐欣團隊采用基于“萬能離子刀”的異質集成技術，通過氫離子注入結合晶圓鍵合的方法，制備了高質量硅基鉭酸鋰單晶薄膜異質晶圓。進一步，合作團隊開發了超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法，使對應器件的光學損耗降低至5.6 dB m-1，這低于其他團隊報道的晶圓級鈮酸鋰波導的最低損耗值。

該研究結合晶圓級流片工藝，探討了鉭酸鋰材料內低雙折射對于模式交叉的有效抑制，并驗證了可以應用于整個通信波段的鉭酸鋰光子微腔諧振器。鉭酸鋰光子芯片展現出與鈮酸鋰薄膜相當的電光調制效率；同時，基于鉭酸鋰光子芯片，該研究首次在X切型電光平臺中產生了孤子光學頻率梳，結合電光可調諧性質，有望在激光雷達和精密測量等方面實現應用。當前，該研究已攻關8英寸晶圓制備技術，為更大規模的國產光電集成芯片和移動終端射頻濾波器芯片的發展奠定了材料基礎。

產業鏈解析：從材料到系統的生態重構

光芯片企業通常采用lll-V族化合物磷化銦（InP）和砷化家（GaAs）作為芯片的襯底材料，相關材料具有高頻、高低溫性能好、噪聲小、抗輻射能力強等優點，符合高頻通信的特點，因而在光通信芯片領域得到重要應用。

其中，磷化銦（InP）襯底用于制作FP、DFB、EML邊發射激光器芯片和PIN、APD探測器芯片，主要應用于電信、數據中心等中長距離傳輸；砷化（GaAs）襯底用于制作VCSEL面發射激光器芯片，主要應用于數據中心短距離傳輸、3D感測等領域。

磷化銦（InP）和砷化鎵（GaAs）襯底材料，全球90%以上產能由日本住友、美國AXT等壟斷，國內三安光電、云南鍺業等逐步突破。

從分類和功能來看，光芯片可分為有源光芯片和無源光芯片。有源光芯片負責光電信號轉換，包括激光器芯片和探測器芯片；無源光芯片則包括光開關芯片、光分束器芯片等。

國內外主要的光芯片研發和制造企業有Coherent（II-VI）、Lumentum、Broadcom、Intel、OSRAM、源杰科技、光迅科技、長光華芯、福建中科光芯、光本位科技、廈門優迅等。

中游制造方面，IDM模式與Foundry模式并行發展。如，光迅科技實現從襯底到模塊的全鏈條覆蓋。中科光芯的8英寸光芯片代工線支持EML、VCSEL等多品類制造。

下游模塊與應用市場，中國廠商已占據全球光模塊市場重要地位，主要企業有中際旭創、新易盛、光迅科技、華工科技等。中際旭創占據全球800G模塊40%市場份額，2025年800G光模塊上半年出貨量超400萬只。新易盛是AWS供應鏈核心供應商，同時為Meta、微軟提供800G LPO模塊，2026年規劃產能450萬只，重點布局硅光+CPO技術。

寫在最后

技術趨勢層面，2026年后3.2T光模塊與CPO技術將進入商用階段，光芯片算力密度預計提升10倍。薄膜鈮酸鋰、量子點激光器等新材料將推動成本進一步下探。產業格局上，中國廠商在25G以上高速芯片市場份額從2020年的5%提升至2025年的35%，國產化替代進入深水區。

戰略價值方面，光芯片不僅是AI算力的基礎設施，更是6G通信、量子計算、生物傳感等前沿領域的核心支撐?！丁笆奈濉毙畔⑼ㄐ判袠I發展規劃》明確提出，到2030年建成全球領先的光芯片產業集群。在這場光電融合的革命中，技術突破與產業生態的共振正在改寫半導體行業的底層邏輯。從實驗室到數據中心，從通信基站到自動駕駛，光芯片正以“隱形冠軍”的姿態，托舉起一個萬物智聯的新時代。