摩尔的尽头有光：硅光芯片将成为数据中央内超高带宽数据互联标配_芯片_技巧

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光子芯片作为一种在数据运算与传输方面更具上风的集成技能，在后摩尔时期发出闪耀“光”芒。

与电子芯片利用电子作为信息载体不同，光子芯片是利用光子来天生、处理并传输信息。
光子是一种玻色子，其静止质量为零，以是在旗子暗记传输的过程中由质量的惯性所带来的能量损耗较小，光子器件传输 1 比特信息所须要的能量仅为电子器件的千分之一。

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同时，光子的信息容量比电子赶过 3~4 个数量级，极高的信息密度与抗滋扰能力是光子作为信息载体的先天上风。

光子芯片能够在信息传输的同时完成打算，在与成熟的硅基半导体加工工艺有机领悟后，能够开释光子打算的无限潜力。

▲图丨硅光芯片（来源：pioneeringminds.com）

半导体集成电路须要将大量微电子原件（如晶体管、电阻、电容等）放在一块基板上，硅光芯片则利用硅的强大光路由能力，通过施加电压产生持续的激光束驱动硅光子原件，来实现光信息的传输、打算等功能。

硅基光电子芯片在微电子技能和光电子技能之间取长补短，既具有微电子尺寸小、本钱低、集成度高档特点，又将光电子高带宽、高速率、多通道的优点发挥地淋漓尽致，实现了两种物理体系的高效整合。

另一方面，硅光芯片对付工艺制程的哀求较低，45nm 或 65nm 的 CMOS 工艺线即可知足现阶段光打算的绝大部分哀求，这使得硅光芯片在制备流程上具备极高的性价比。

数字化的时期背景下，5G、人工智能、物联网等领域下贱运用的兴起导致了数据量的井喷。
立足于光子的传输速率和打算密度等上风，硅光芯片在信息传输与信息处理方面的浸染逐渐凸显。

根据 Yole 的预测数据，估量硅光子市场在芯片层面的代价将从 2021 年的 1.52 亿美元飙升至 2027 年 9.72 亿美元。
这相称于 36% 的快速复合年增长率（CAGR）。

虽然数字听起来令人印象深刻，但市场增长预期实际上有所降落。
Yole 去年的一份类似报告预测，到 2026 年芯片级硅光子市场将达到 11 亿美元。

▲图 | 2020-2027 年硅光芯片市场规模（来源：Yole）

立足于光子的传输速率和打算密度等上风，硅光芯片在信息传输与信息处理方面的浸染逐渐凸显。

在信息传输方面，数据中央内大规模的分布式打算使得做事器之间须要进行频繁的大量数据交流，数据的访问与搬运性能成为与打算性能一样主要的指标。

传统的高速光模块在通信网络设备本钱中占比高达 50%-60%，其高昂的本钱阻碍了数据传输速率的发展。
而硅光芯片能够在较低的本钱下，供应数据中央集群设备间、做事器与做事器间、乃至是芯片内部的超高速光互连。
未来，硅光芯片将成为数据中央内超高带宽数据互联的标配。

在信息处理方面，硅光芯片具备比较电子芯片更快的矩阵运算速率。
人工智能正在从“Model Centric”向“Data Centric”转变，基于海量数据的大模型背后，将会是硅光芯片大放异彩的赛场。

当下，硅光芯片仍旧面临着家当链与工艺水平的制约，还未形成系统化的设计方法与标准化的制造工艺，光学器件的密度有待进一步的提升。
并且光打算的精度低于电子芯片，限定了硅光芯片的运用处景。
只有打通了设计、工艺、封装、产品等完全的家当链条，硅光芯片才能真正开释性能与本钱的巨大潜力。

硅光芯片的商业化是一个持续且漫长的过程。
未来 3 年，硅光芯片的商业化产品将首先涌如今对算力、延时和功耗有特定需求的运用处景，如量化交易、自动驾驶和大数据中央。

未来 10 年，随着技能的不断演进，光打算将会在硅光芯片和电子芯片长期互补共存的根本下走向大规模遍及。

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开启韶光：2022 年 10 月 13 日