纵观半导体发展的历史，总是离不开一个人们耳熟能详的概念——“摩尔定律”。

但随着集成电路产业化进程的不断加快，“摩尔定律”日渐式微；而近几年随着云计算、大数据、人工智能的快速发展，社会对于信息获取与处理效率的需求持续攀升，硅光技术正凭借其在高通讯带宽、高能效比、超低延迟等方面的突出优势，其应用潜力得到进一步挖掘，国内外巨头均在该领域争相布局。

什么是硅光？它的优势有哪些？市场前景如何？

“芯片出光”是硅光技术核心理念，硅光技术利用成熟半导体CMOS工艺将光子和电子器件集成到同一个硅基衬底（（如SiGe/Si、SOI等）上，使光与电的处理深度融合到一块芯片上，真正实现“光互连”。硅光技术将光通信的传输速率、集成度向更高水平推进，是满足不断发展的大数据、人工智能、未来移动通信等产业对高速通信需求的核心技术选择之一，并可应用于生物医学感测、量子运算、激光雷达等新兴的外延应用领域。

（硅基光电子集成芯片概念图）

硅光技术将微电子集成电路技术的超大规模、超高精度特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势相结合，相较传统分立器件方案具有诸多优势。比如：

1、数据传输能力上，光信号拥有电信号不可比拟的高速率：传统铜电路已接近物理瓶颈，继续提高带宽越来越困难。云计算产业对芯片间数据交换能力提出更高要求，单颗芯片性能越强、互联的芯片数量越多，较低的互联带宽就愈来愈成为性能提升的瓶颈，目前的25Gb/s已接近传输速率的瓶颈。而硅光技术能够突破这一瓶颈，大大提高带宽。相对电信号传输，采用高速光纤的光信号传输架构，可以通过单一链路25Gb/s的标准达到100Gb/s的传输速度；

2、硅光芯片具高度集成化：采用半导体制造工艺将硅光材料和器件集成在同一硅基衬底上，形成由光调制器、探测器、无源波导器件等组成的集成光子器件。相较磷化铟（InP）等有源材料制作的传统分立器件，硅光光模块无需ROSA（光接收组件）、TOSA（光发射组件）封装，因而硅光器件体积与数量更小、集成度更高；

     （传统分立器件方案对比硅光集成芯片方案）

3、硅基材料与更紧密的集成方式降低了材料、制造和封装成本：相较于传统的分立式器件，硅光模块的集成度更高，封装与人工成本降低；硅基材料成本较低且可以大尺寸制造，意味着硅基芯片成本得以大幅降低；第三，对光模块进行成本拆分，光器件的成本占比超过70%，而其中TOSA光发射组件的成本占比较大，普通光模块与硅光模块的发射器类型不同，在100G短距CWDM4和100G中长距相干光模块中，受限良率成本等问题， 硅光模块成本优势不明显，但在400G及以上的高速率的场景中，由于传统DML和EML发射器类型的成本较高，硅光模块成本性价比优势开始显现；

4、集成电路产业对硅基CMOS生产技术和工艺有成熟积累：硅光技术利用半导体在超大规模、微小制造和集成化上的成熟工艺积累优势。

硅光技术有机结合了成熟微电子和光电子技术，既减小了芯片尺寸，降低成本、功耗，又提高了可靠性，成为超越“摩尔定律”的新技术路径，因此被市场一致看好。

近日，市场调研机构Yole 表示，自1985年以来，硅光技术取得了长足的进步，从最初的高约束波导发展到战略性地采用CMOS行业的材料、集成和封装技术，最终确立了其在光模块领域的主导地位。

Yole总结道，硅光最主要、最直接的应用场景是数据中心，英特尔在该领域占据主导地位。此外，在电信领域、光学激光雷达、量子计算、光计算以及在医疗保健领域都有广阔的发展前景。

根据Yole的预测，硅光芯片市场规模将从2020年的约0.87亿美元增长到2025年的约11亿美元，复合年均增长率达49%。其中基于消费者健康、汽车激光雷达的光传感芯片应用将分别以81%、190%的复合率增长；光计算将以168%复合率增长。

此外，LightCouting数据显示，2022年，硅光子技术将在每秒峰值速度、能耗、成本方面全面超越传统光模块，预测到2024年，硅光光模块市场市值将达65亿美金，占比高达60%。

硅光产业作为一个高速发展的新兴产业，不仅承载了数据传输技术的未来，也成为全球科技巨头和新兴企业竞相投资的焦点。硅光子产业格局中已经吸引了不同的参与者。

（全球硅光产业链布局情况）

值得一提的是，对于我国目前的半导体产业来说，硅光芯片有它独有的优势——可以避开先进光刻机的掣肘。

虽然硅光芯片在制作流程和复杂程度上同传统芯片相似，但它对于制程工艺的先进程度要求不高，不像传统芯片那样制程和能效的关联性巨大，一般百纳米级的工艺水平就能满足硅光芯片的要求。

对于我国来说，120纳米左右的芯片是完全可以自主生产的，这样就可以绕开先进制程工艺的限制，在未来实现弯道超车。