曾在与电子芯片竞争中落后的光子芯片，正在崛起。
近段时间以来，英特尔和英伟达投资AyarLabs，华为入股微源光子及长光华芯，格芯推出新硅光子技术，新思科技成立OpenLight公司等等，头部大厂一系列举动都正在将行业目光聚焦到“光芯片”赛道。
随着5G、AIoT、云计算等各项应用的逐步落地，对数据传输提出了更高的要求。与此同时，数据中心光电转换必需的器件——光模块迎来了爆发式增长。有数据统计，在多平面网络架构下的，新一代数据中心对光模块的需求量增加了65倍。
LightCounting的预测显示，全球光模块的市场规模将在未来5年以CAGR14%保持增长，预计年达到亿美元。
全球光模块细分市场规模及预测（图源：LightCounting）
其中，光芯片的性能直接决定光模块的传输速率，是产业链核心之一。以光通信产业链为例，光芯片位于整个产业链的顶端，占据光模块成本的50%以上，是整个光通讯产业链条中技术最复杂、价值最高的环节。
光通信产业链
光芯片迎来发展机遇
半个世纪以来，微电子技术大致遵循着“摩尔定律”快速发展，随着信息技术的不断拓宽和深入，芯片的工艺制程已减小到5nm以下，但由此带来的串扰、发热和高功耗问题愈发成为微电子技术难以解决的瓶颈。
同时，在现有冯诺依曼计算系统采用存储和运算分离的架构下，存在“存储墙”与“功耗墙”瓶颈，严重制约系统算力和能效的提升。此外，处理器与内存之间、处理器与处理器之间信息交互的速度严重滞后于处理器计算速度，访存与I/O瓶颈导致处理器计算性能有时只能发挥出10%，这对计算发展形成了极大制约。
电子芯片的发展逼近摩尔定律极限，继续在电子计算技术范式上寻求突破口步履维艰。在面向“后摩尔时代”的潜在颠覆性技术里，光芯片已进入人们的视野。
光芯片，一般是由化合物半导体材料（InP和GaAs等）所制造，通过内部能级跃迁过程伴随的光子的产生和吸收，进而实现光电信号的相互转换。
微电子芯片采用电流信号来作为信息的载体，而光子芯片则采用频率更高的光波来作为信息载体。相比于电子集成电路或电互联技术，光芯片展现出了更低的传输损耗、更宽的传输带宽、更小的时间延迟、以及更强的抗电磁干扰能力。
此外，光互联还可以通过使用多种复用方式（例如波分复用WDM、模分互用MDM等）来提高传输媒质内的通信容量。因此，建立在集成光路基础上的片上光互联被认为是一种极具潜力的技术，能够有效突破传统集成电路物理极限上的瓶颈。
光子芯片展望
回顾光芯片发展历程，早在年美国的贝尔实验室就已经提出了集成光学的概念。但因技术和商用化方面的原因，直到21世纪初，以Intel和IBM为首的企业与学术机构才开始重点发展硅芯片光学信号传输技术，期望能用光通路取代芯片之间的数据电路。
近年来随着技术的发展，包括硅、氮化硅、磷化铟、III-V族化合物、铌酸锂、聚合物等多种材料体系已被用于研发单片集成或混合集成的光子芯片。
在过去数年里，光子集成技术的发展已经取得了许多进展和突破。
据了解，目前纯光子器件已能作为独立的功能模块使用，但是，由于光子本身难以灵活控制光路开关，也不能作为类似微电子器件的存储单元，纯光子器件自身难以实现完整的信息处理功能，依然需借助电子器件实现。因此，完美意义上的纯“光子芯片”仍处于概念阶段，尚未形成可实用的系统。严格意义上讲，当前的“光子芯片”应该是指集成了光子器件或光子功能单元的光电融合芯片，仍存在无法高密度集成光源、集成低损耗高速光电调制器等问题。
光子集成电路虽然目前仍处于初级发展阶段，不过其成为光器件的主流发展趋势已成必然。光子芯片需要与成熟的电子芯片技术融合，运用电子芯片先进的制造工艺及模块化技术，结合光子和电子优势的硅光技术将是未来的主流形态
硅基光电子集成芯片概念图
高速数据处理和传输构成了现代计算系统的两大支柱，而光芯片将信息和传输和计算提供一个重要的连接平台，可以大幅降低信息连接所需的成本、复杂性和功率损耗。随着光芯片技术的发展迭代，大型云计算厂商和一些企业客户的需求都在从G过渡到G，GbE的数据通信模块出货量翻了一倍，在年达到创纪录的水平。
由此可见，光器件行业整个产业链都在持续向满足更高速率、更低功耗、更低成本等方向演进升级，G及更高速率产品也逐渐开始使用，不同细分领域都面临新技术的迭代和升级。
迄今为止，硅光子商业化较为成熟的领域主要在于数据中心、高性能数据交换、长距离互联、5G基础设施等光连接领域，G及以后硅光模块性价比较为突出。此外，Yole认为未来几年内增长最快的将是汽车激光雷达、消费者健康和光子计算领域的应用。
光芯片赛道“高手云集”
光芯片的广阔市场前景自然吸引了众多厂商“抢食”。
从市场格局来看，美国是硅光子领域起步最早也是发展最好的国家，年美国便成立了“美国光电子产业振兴会”，以引导资本和各方力量进入光电子领域。年，美国又建立了“国家光子计划”产业联盟，明确将支持发展光学与光子基础研究与早期应用研究计划开发。
欧洲和日本也在跟进，中国大概在年以后开始入局光芯片赛道。另外，新加坡的IME也是较早建立硅光子工艺的平台之一，为行业的发展作出了不小的贡献。
从当前产业链进展看，全球光芯片产业链已经逐渐成熟，从基础研发到制造工艺再到商业应用的各个环节均有代表性企业。其中以英特尔、思科、英伟达、格芯等为代表的企业占据了硅光芯片和模块出货量的大部分，成为业内领头羊。
英特尔：光芯片赛道“领头羊”
虽然是贝尔实验室提出的光芯片技术的概念，但将其发扬光大的却是英特尔。
英特尔从20多年前就开始进行硅光子学研究，直到年才将其第一批硅光子光学收发器投入使用，标志着光子集成真正进入到主流应用领域。
英特尔第一个产品是GPSM4QSFP，在并行单模光纤上具有2公里的距离，并且在发射器芯片上具有磷化铟层，实现了四个混合激光器和用于将电信号转换为光的调制器和光电检测器以将光转换为电信号。该方案通过提供快速、可靠和经济高效的连接能力而提供巨大的价值。
年下半年英特尔开始大批量供应G产品；年英特尔将其G硅光收发器产品组合扩展到数据中心之外进入网络边缘，公布了为加速新的5G应用场景和物联网应用产生的大量数据转移而优化的新硅光产品；同年，英特尔还展示出了其G硅光能力；年英特尔开始开发其GFR4和GDR4光学收发器...
据知乎博主“溜达兔”介绍，从年英特尔将其硅光子产品“GPSM4”投入商用起，截止目前，英特尔已经为客户提供了超过万个G的硅光子产品。而在年的英特尔研究院开放日活动上，英特尔又提出了“集成光电”愿景，即将光互连I/O直接集成到服务器和封装中，对数据中心进行革新，实现0倍提升，同时降低成本。
在高速网络交换芯片市场，英特尔正在力推Tofino方案，其中包括了自研的硅光子技术和高级封装技术，即光电共封技术(co-packaged，CPO）。
光电共封就是把将光芯片和电芯片(交换芯片)焊接在同一个基板上，芯片之间采用光连接，对于高速芯片来说，可以解决功耗，散热，和端口密度等问题。英特尔为可编程以太网交换机芯片技术而收购Barefoot时，显然也是考虑到了光电共封CPO技术。
目前，英特尔已经能做到在CMOS芯片紧密集成的单一技术平台上，将多波长激光器、半导体光学放大器、全硅光电检测器以及微型环调制器集成到一起，目前已经实现集成光子器件模块芯片的量产应用。
在今年OFC会议上，英特尔展示了其可靠的InP激光器、Gbps的微环调制器及其控制电路。在这些核心IP的基础上，英特尔演示了G的硅光发送器，并展示了其在CPO与OpticalI/O的布局，三个方向都在稳步向前推进。
英特尔G硅光模块示意图
综合来看，英特尔在硅光产品线的整体布局如下图所示，包括Transceiver,CPO和OpitcalI/O，其带宽与能效比也是逐步提升。
相对于其他采用代工厂的品牌来说，英特尔的优势还在于其一直走的都是一体化IDM模式，按照英特尔的说法，“英特尔是唯一一家在软件、硅和平台、封装和工艺方面具有深度和广度的公司。”
此外，对高塔半导体（TowerSemiconductor）的收购又填补了英特尔在光子芯片领域的技术实力。今年1月份，高塔半导体联合网络通讯设备公司瞻博网络(JuniperNetworks)推出硅光子代工工艺，可将III-V族激光器、半导体光放大器(SOA)、电吸收调制器(EAM)和光电探测器与硅光子器件共同集成在一颗单芯片上，构成尺寸更小、具有更多通道数且更节能的光学架构和解决方案。
凭借英特尔在硅光子工艺和封装技术领域的积累，未来或将会成为该领域的有力竞争者。
AyarLabs：光芯片赛道明星初创公司
除了自研之外，英特尔还在持续入股相关公司。近期投资了光芯片行业明星初创企业AyarLabs。
据介绍，AyarLabs的光学I/O解决方案消除了与系统带宽、功耗、延迟和范围相关的瓶颈，显着改进了现有系统架构，并为人工智能、高性能计算、云、电信、航空航天和遥感应用。据透露，AyarLabs已经批量出货了第一批产品，预计到今年年底将出货数千个封装内的光学互连芯片。
AyarLabs的专利技术采用行业标准的硅加工工艺，开发了高速、高密度、低功耗的光互连芯片和激光器，以取代传统的电学I/O互连。AyarLabs的高度差异化技术对于支持未来的高性能计算架构至关重要。
此外，为Ayar打开钱包的还有英伟达、惠普、应用材料以及芯片制造商格芯等科技公司和十几家投资公司的支持，Ayar与格芯携手开发了许多关键封装技术，其中包括铜柱技术和V型槽光纤连接技术等。
博通：CPO技术竞争愈发激烈
博通（Broad