2. 硅光技術(shù)曙光已現(xiàn)
百家爭(zhēng)鳴,量產(chǎn)在即
2.1 硅光技術(shù)商業(yè)化回顧
視線轉(zhuǎn)到火熱的硅光模塊細(xì)分領(lǐng)域，早在20 世紀(jì)中期，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)剛興起時(shí)便有人提出在硅材料上制作波導(dǎo)等光學(xué)結(jié)構(gòu)的想法。硅光子領(lǐng)域的基礎(chǔ)是硅半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)，而這個(gè)基礎(chǔ)則決定了硅光子發(fā)展的各個(gè)里程碑處處呈現(xiàn)出集成電路的技術(shù)發(fā)展和影響的影子。
硅光子基于集成電路技術(shù)的特點(diǎn)使它很早便進(jìn)入了一些集成電路大公司的視野。在21世紀(jì)初，IBM、Intel、Sun Microsystems（后并入Oracle）、NTT/NEC 等公司便設(shè)立獨(dú)立硅光子部門并投入大量資源。和資源有限的學(xué)術(shù)界不同，這些公司本來就處于集成電路生態(tài)系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)地位，能利用更多工藝和配套的資源，以獨(dú)立或與學(xué)術(shù)界合作的形式為很多重要的結(jié)果做出了巨大的貢獻(xiàn)，包括高速調(diào)制器、鍺探測(cè)器、低損光波導(dǎo)和混合集成的結(jié)果。但硅光技術(shù)商用化的道路并非一帆風(fēng)順。
半導(dǎo)體工藝對(duì)硅光子而言，具有舉足輕重的作用；但由于硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的規(guī)模十分龐大，絕大多數(shù)Foundry注重規(guī)模效應(yīng)，很難在一個(gè)新技術(shù)并未有明確產(chǎn)品化驗(yàn)證和市場(chǎng)規(guī)模之時(shí)給予資源支持，所以除了少數(shù)如IBM/Intel利用公司內(nèi)部資源進(jìn)行工藝開發(fā)，最初的工藝只能在資源有限、設(shè)備落后的學(xué)校和研究機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。所幸以歐洲*集成電路工藝研發(fā)機(jī)構(gòu)imec為代表的一些具有比較前沿半導(dǎo)體工藝能力的機(jī)構(gòu)，開始投入資源進(jìn)行專門開發(fā)為硅光子優(yōu)化的工藝，并做出了很多優(yōu)秀的結(jié)果。此外，硅光模塊商用化也離不開工藝的進(jìn)步，大多數(shù)工藝開發(fā)機(jī)構(gòu)逐漸把硅波導(dǎo)的工藝控制在厚度為220～400nm（尤其是220nm）的絕緣襯底上的硅（SOI）平臺(tái)上，這種標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)之后硅光子的商業(yè)化發(fā)展具有極其重要的意義。
硅光技術(shù)的真正產(chǎn)品化是在2010年之后，突出表現(xiàn)為一系列通信系統(tǒng)公司對(duì)硅光子初創(chuàng)公司的高價(jià)收購。以Intel、Luxtera、Acacia、光迅、Rockley 等企業(yè)為代表先后推出芯片級(jí)、模塊級(jí)產(chǎn)品，并逐步實(shí)現(xiàn)小批量商用出貨。芯片技術(shù)需要長(zhǎng)時(shí)間的迭代試錯(cuò)，隨著產(chǎn)業(yè)鏈多年的研發(fā)，硅光技術(shù)積累達(dá)到質(zhì)變的水平，硅光技術(shù)站上規(guī)模商用起跑線。
在這期間，有更多的初創(chuàng)公司出現(xiàn)，這些公司大多把目光瞄準(zhǔn)了異軍突起的數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，各個(gè)領(lǐng)域的“玩家”都想在這里分一杯羹。
2.2 硅光模塊賽道玩家眾多，各方優(yōu)勢(shì)盡顯
根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，硅光技術(shù)在各大市場(chǎng)的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，在2019年有超過四分之三的收入來源于數(shù)據(jù)中心光模塊。而從預(yù)測(cè)結(jié)果來看，到了2025年，數(shù)據(jù)中心收入占比更是達(dá)到了90%以上。這必然吸引了眾多廠商“*食”，不同領(lǐng)域的企業(yè)競(jìng)相入局。不論是芯片企業(yè)還是互聯(lián)網(wǎng)公司亦或是系統(tǒng)設(shè)備商，各自都有優(yōu)勢(shì)。
2.3 歐美先發(fā)制人，IDM模式受青睞
在硅光圈里，歐美日起步早、積累多，是市場(chǎng)的主導(dǎo)者。這些*的研究機(jī)構(gòu)和先進(jìn)企業(yè)通過不斷積累核心技術(shù)和生產(chǎn)工藝，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，建立起了極高的行業(yè)壁壘。如英特爾和加州大學(xué)芭芭拉分校在硅光領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完成十多年的產(chǎn)研合作，在很多關(guān)鍵性的問題取得重大突破，歐洲也開展了一系列項(xiàng)目來拓展硅光技術(shù)的深度與廣度，目前已經(jīng)取得一定成效。
從市場(chǎng)格局來看，美國是硅光子領(lǐng)域起步最早，也是發(fā)展最好的*，1991年美國便成立了“美國光電子產(chǎn)業(yè)振興會(huì)”，以引導(dǎo)資本和各方力量進(jìn)入光電子領(lǐng)域。2014年，又建立了“*光子計(jì)劃”產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，明確將支持發(fā)展光學(xué)與光子基礎(chǔ)研究與早期應(yīng)用研究計(jì)劃開發(fā)。
歐洲和日本也在跟進(jìn)，另外，新加坡的IME也是較早建立硅光子工藝的平臺(tái)之一，為行業(yè)的發(fā)展做出了不小的貢獻(xiàn)。如今，在Intel、Cisco、*信息光電子創(chuàng)新中心等領(lǐng)軍企業(yè)的持續(xù)大力投入之下，硅光產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相繼形成，已逐漸從學(xué)術(shù)研究驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)需求驅(qū)動(dòng)的良性循環(huán)。
來源：國信證券經(jīng)濟(jì)研究所
相對(duì)傳統(tǒng)的分立式器件，硅光模塊將多路激光器，調(diào)制器和多路探測(cè)器等光/電芯片都集成在硅光芯片上，相比傳統(tǒng)分立式器件，傳統(tǒng)工藝需要依次封裝電芯片、光芯片、透鏡、對(duì)準(zhǔn)組件、光纖端面等器件，硅光體積大幅減小，材料成本、芯片成本、封裝成本均有望進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)，硅光技術(shù)可以通過晶圓測(cè)試等方法進(jìn)行批量測(cè)試，測(cè)試效率顯著提升。
基于硅光芯片制作的光模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)
硅光領(lǐng)域前景廣闊，傳統(tǒng)通信設(shè)備巨頭及相關(guān)行業(yè)有競(jìng)爭(zhēng)力企業(yè)紛紛入場(chǎng)布局。Luxtera、Kotura 等先行者不斷推動(dòng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，形成了硅光芯片代工廠（Global Foundries、意法半導(dǎo)體、AIM 等）、激光芯片代工廠（聯(lián)亞電子等）、芯片設(shè)計(jì)和封裝（Luxtera、Kotura 等）較為成熟的Fabless 產(chǎn)業(yè)鏈模式，也有Intel 為代表的IDM模式，除激光芯片外，設(shè)計(jì)、硅基芯片加工、封測(cè)均自己完成）。整體來看，大多玩家傾向走“IDM”模式路線。
為何眾多廠商青睞IDM模式，答案就在光芯片上。
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