硅光产业化竞赛已“打响” 本土厂商悄然起跑?

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集微网报道,“在人工智能(AI)应用推动下,硅光子将成为半导体产业的关键技术”,台积电董事长曾如是看好硅光技术的前景。日月光投控营运长吴田玉也认为硅光子五年、十年后将成为下个时代的产业突破点,就如同过往的CoWoS。

实际上,硅光技术早在1969年便由贝尔实验室提出,但受制于高损耗和工艺落后难以实现商业化落地,而后英特尔将这一技术发扬光大。近年来随着AI的发展,硅光技术再度走向大众视野。那么硅光技术的市场前景如何?各国家/地区的布局情况以及本土厂商的发展态势是怎样的?

前景广阔:高数据传输催生需求

传统光学产品大多采用微光学技术,呈现着两大特点:一是由分立光学元件组成,二是利用多步耦合和激光焊接工序封装而成。因此这类产品均有着封装成本高、生产效率低、可靠性差等弊端。而硅光子技术有效地克服了以上难题,使得硅光产品在尺寸、功耗、封装成本、生产效率、可靠性等方面更具优势。

行业人士指出,硅光子就是把电信号转换成传输更快的光信号,然后将硅光芯片、交换器芯片、RF芯片等装配在同一个插槽,形成共同封装,这样可大幅缩短交换芯片与光模组间距,减少信号传输的路径长度,以连接许多计算核心。通过2.5D或3D整合互连的多个芯片来执行计算,可使交换器芯片功耗降低30%,在未来数据中心数据传输越来越庞大的趋势下,是不得不发展的一个关键技术。

除了刘德音、吴田玉看好硅光子技术发展外,硅光子学领域设计服务公司OpenLight首席执行官Adam Carter也曾分享了对这一新兴产业的机遇洞察。他相信硅光子学将彻底改变人工智能/机器学习系统的未来,与传统的电信号解决方案相比具有巨大的优势:“随着人工智能和机器学习真正开始发展,我预计光学连接的数量,特别是在XPU(CPU、GPU和内存)之间的短距离连接的情况下,将会增加。”在Carter看来,硅光子学增强了CPU和GPU等计算单元之间的通信,并影响系统内内存单元的使用和优化方式。将硅光子学集成到人工智能中,为创建能够有效处理复杂任务并实现卓越性能的智能系统铺平了道路。

基于多种优势,硅光子技术可以应用在超大规模数据中心、高性能计算(HPC)、人工智能和机器学习、激光雷达、生物医学感测、量子力学等领域。市调机构Yole的报告显示,硅光子市场在2022年的价值为6800万美元,预计到2028年将增长到超过6亿美元,年复合增长率达44%(CAGR2022-2028)。这一增长主要由用于提升光纤网络容量的800G高数据速率可插拔模块推动。此外,随着训练数据集规模的快速增长,预计数据中心将需要利用光学I/O来扩展机器学习(ML)服务器中的ML模型。

全球布局:美国起步早,日、欧跟进

各个国家/地区也早已预测到硅光子技术的广阔前景,一早便开始布局。从全球市场格局来看,美国起步最早,日本和欧洲逐步跟进,中国台湾也未缺席,中国大陆大概在2010年开始入局。

美国的贝尔实验室早在1969年便提出了集成光学的概念,碍于当时条件有限并未实现商业化。1991年美国成立“光电子产业振兴会”以引导资本和各方力量进入光电子领域。而后英特尔于2010年推出首个50Gb/s超短距硅基集成光收发芯片,成功实现硅光技术产业化。今年11月,捷普宣布将接管英特尔目前基于硅光子的可插拔光收发器产品线的制造和销售,以及未来几代此类模块的开发;思科通过并购上下游交换机芯片厂商、硅光芯片厂商形成CPO方案的一体化布局,推出100G PSM4硅光子芯片、Acacia 400G硅光模块方案等多款产品;Marvell通过收购Inphi完善该领域布局,2022年推出业界首款800Gbps或8X100Gbps多模平台解决方案;另外,博通、IBM也在硅光器件、工艺和自动化封装方面做出了卓越贡献。

日本发展光电子技术时间也较早,于1980年成立了光产业技术振兴协会以推动光电子技术发展。2010年,日本开始实施尖端研究开发资助计划(FIRST),其中包括光电子融合系统基础技术开发,以在2025年实现“片上数据中心”为目标;欧洲先后启动了HELIOS、PICMOS、ICT-STREAMS等一系列项目步步跟进,今年9月,欧盟规划了一项耗资4800万欧元、为期3.5年的硅光子商业化项目。photonixFAB项目由硅芯片代工厂X-FAB牵头,成员包括诺基亚、英伟达、Ligentec、imec和CEA-Leti等知名机构,旨在推动光子产品创新向前发展,同时为大批量制造奠定明确的道路。

中国台湾方面在硅光子产业也不缺席,从上游到下游皆有相关供应链,上游磊晶的联亚,光收发模组厂有上诠、华星光通,设备厂波若威,封装技术厂讯芯-KY、台星科,测试厂旺矽、颖崴,800G交换器智邦、明泰等相关大厂皆已积极投入相关研发。此外今年9月有消息称台积电携手博通、英伟达等大客户共同开发硅光子技术,最快将于2024年下半年开始迎来大单。相关制程技术涵盖45nm至7nm,台积电为此投入200人的研发团队,瞄准明年即将到来的硅光子超高速芯片商机。预计2025年,台积电该技术将实现量产。

本土厂商:起步晚但追赶速度快

不同于海外大厂以及中国台湾厂商的提早布局,中国大陆起步较晚,真正开始大规模研究硅光子技术是在2010年左右。但中国大陆对于硅光子技术研发人才、资金的大规模投入使得硅光产业在2017年以后迎来快速发展阶段,逐渐缩小与海外大厂的差距。中际旭创、新易盛、亨通光电等中国大陆企业目前正积极研发硅光产品,并积极与外部合作推动产业发展。

以下是集微网对于中国大陆硅光厂商的不完全盘点:

集微咨询(JW Insights)认为,中国大陆硅光产业发展机遇难得,除硅光设计软件存在较大差距,其他从设计、制造、封测都有机会和国外齐头并进。中国大陆拥有全球最大的光通信市场,但国产光通信器件占比较低,光模块芯片的国产化备受关注。目前,中国大陆光模块公司正通过并购/自研加快布局上游芯片领域,提高自给率。

写在最后:硅光技术凭借高带宽、小尺寸、低能耗和低成本等优势在通讯和高速运算领域极具发展潜力,业界已达成“硅光将成为下个时代的产业突破点”的共识。从全球布局来看,美国起步最早,硅光产业链发展也最完善,日本、欧洲、中国台湾逐步跟进。中国大陆虽入局较晚但追赶速度较快,未来有望在行业需求放量时占有一席之地并进一步扩大规模。

(校对/刘昕炜)

责编: 李梅
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