硅光的进展

3.1 海外公司已在软硬件层面全面布局

虽然硅光概念源自贝尔实验室，但将这一技术发扬光大的是Intel，目前Intel也是在硅光领域布局最全面的公司。2020年3月Intel展示了业内第一款基于CPO技术的交换机产品，并采用了自家的第2代Tofino芯片和光引擎。

从产业布局上看，2019年Intel收购了设计了Tofino芯片的公司Barefoot Networks，从而提升了交换机芯片芯片设计能力，使自己能与Broadcom等对手在该领域竞争。Barefoot Networks是一家“出身名门”的设计公司，创始人Nick McKeown是斯坦福大学教授。公司很好的把握了现在网络体系架构发展的最大痛点，提出了P4语言，开发了对应的PISA芯片架构和编译器，使交换机芯片从专用芯片走通用化，并做出了可以完全编程的高性能网络交换芯片Tofino，构建了完整的技术闭环。博通在2019年同样发布了自有的NPL语言，并从Trident 4芯片开始原生支持。但目前NPL语言前景尚不明朗，对一些想要尝试可编程芯片的机构而言，成熟的P4语言更有吸引力。[1]

图P4语言有望成为网络设备的编程语言

另一方面，2022年初Intel提出收购代工厂高塔半导体（Jazz Semiconductor），目前这一收购案仍需要中国和印度的相关机构审批。高塔半导体拥有全球领先的硅基光电子代工工艺，在2021年末联合Juniper Networks推出了世界上首款集成激光器、放大器、调制器和探测器的硅光代工平台[2]。

图Intel混合集成方案

格芯自2011年进入硅光领域，2014年收购IBM部分产线和专利，2016年推出第一代硅光集成平台，2018年升级到第二代， 2022年初同样也推出了第三代硅光平台Fotonix[3]。与高塔半导体不同的是，格芯特别强调了Fotonix平台拥有3D封装技术。Broadcom、Nvidia、Cisco等数通领域头部大厂目前均已与格芯开展合作。目前已知的合作伙伴包括4家顶级光子收发器供应商中的3家、5家顶级网络公司中的4家、4家领先的EDA和仿真公司中的3家。

与上述厂商相比，台积电的硅光布局稍微落后，目前仅布局有先进封装技术COUPE（Compact Universal Photonic Engine，紧凑型通用光子引擎）。

3.2 代工能力制约国内硅光技术的发展

相比于海外厂商已推出了成熟的硅光代工平台并量产了硅光产品，国内的中科院微电子所（IMECAS）[4]、联合微电子中心（CUMEC）、合肥38所、上海微系统所等基本仍停留在中试阶段。在制成上，格芯的硅光平台已经能达到45nm，而国内CUMEC仍然停留在180nm的阶段。[5]

图国际硅光产业链

光迅科技、中际旭创等光模块厂目前在硅光技术上仍局限于设计和封装环节，所推出的产品主要是硅光模块。从短期看，相比于传统光模块，硅光模块在800G以下并没有成本优势；长期看，随着硅基光电子集成度的提高，传统光模块市场空间将收窄。

图表国内相关公司硅光技术进展

光迅科技、烽火通、亨通光电、天孚通等共同出资的武汉光谷息光电子创新中心有限公司（国家息光电子创新中心）在硅光领域目前仍是以Fabless为主，同时发展封测业务。代工环节主要外包给海外格芯或国内联合微电子等代工厂。公司仅在III-V族芯片领域有代工能力，能够生产激光芯片、探测器芯片等产品。

图国家息光电子创新中心业务流程

3.3 薄膜铌酸锂是电光集成的另一条路径

铌酸锂是优异的电光调制材料，能够降低光发射模块中调制器的能耗及体积。铌酸锂一方面可以被集成在硅基平台上，即用铌酸锂薄膜替换III-V族材料；另一方面，铌酸锂薄膜可以作为集成平台，也即铌酸锂作为衬底。不过目前铌酸锂集成仍处于学术研究阶段。同时相比于硅基平台现成的产业生态，铌酸锂材料业界配套较为匮乏。

图山东大学陈峰教授薄膜铌酸锂方案