行业调研分析 硅基光电子行业发展现状及趋势预测报告

硅基光电子行业发展现状

2022年北京大学教授王兴军课题组和美国加州大学圣芭芭拉分校教授John E. Bowers课题组在世界上首次报道了由集成微腔光梳驱动的新型硅基光电子片上集成系统。相关研究5月18日在线发表于《自然》。这个工作是集成光梳和硅光的完美结合，它打通了光梳从实验室走向产业化的“最后一公里”，让这项技术走向大规模应用成为可能。同时，它也解决了硅光多路并行光源的世界性难题，使硅光有了自己的“大脑”。

从上世纪70年代起，我国就已经认识到光电子技术的重要性，开始制定全面发展规划。然而，不可否认的是，与英特尔等公司相比，在解决光互联的关键技术——光子集成回路(PIC)的研发方面，我国还是有不小的差距。长期以来，以硅为材料的微电子芯片一直是计算机的心脏部件。与砷化镓、磷化铟等化合物半导体材料相比，硅的成本要低得多。芯片中的光互联如果能够立足于硅材料上实现，对光电子技术产业化来说，无疑会带来革命性的突破。

随着应用市场的拓展和系统规模的大幅度提升，硅基光电子片上系统架构正向多通道和高并行的架构演进，随之而来的便是日趋增长的对低成本和高稳定性并行光源的需求。然而，由于硅材料本身不发光，硅基激光器的实现一直是世界性难题，在硅基光电子芯片上研发出多路并行的硅基光源更被公认为是该领域最大的瓶颈之一。

根据中研普华产业研究院发布的《2022-2027年中国硅基光电子行业发展现状及趋势预测报告》显示：

美国国防部高级研究计划局(DARPA)设立“用于通用微尺度光学系统的激光器”(LUMOS)项目，投入 1900 万美元进行硅基异质材料集成光源的研究。日本能源与工业技术发展组织投入 22.5 亿日元用于硅基高亮度、高效率激光器的开发。欧盟“地平线 2020”投入 262 万欧元用于异质硅基光源的开发。在政府的一系列支持推动下，光电异质集成技术飞速发展，在学术和产业领域取得了一系列技术突破。

硅基光电子技术的发展始于上世纪80年代，Soref发现了晶体硅中的等离子色散效应，为硅基电光调制提供了理论基础。硅光子技术其核心理念是“以光代电”，即利用激光束代替电子信号进行数据传输。硅光子技术将硅光模块中的光学器件与电子元件整合到一个独立的微芯片中，使光信号处理与电信号的处理深度融合，最终实现真正意义上的“光互联”。

所谓硅基光电子技术，就是结合光的极高带宽、超快速率和高抗干扰特性以及微电子技术在大规模集成、低能耗、低成本等方面的优势，应用硅工艺平台，在同一硅衬底上同时制作若干微纳量级，以光子和电子为载体的信息功能器件，形成一个完整的具有综合功能的新型大规模光电集成芯片。

在“863 计划”“973 计划”和国家自然科学基金等支持下，我国也加大了硅基异质集成方向的研究力度，在硅基关键光电子集成器件等方面取得了一系列重要成果，调制、探测、复用与解复用等分立器件已经研制成功，异质集成衬底、光源、高速光电调制器等方向取得了一系列重要进展。

硅基光电子技术拥有光的极高带宽、超快速率和高抗干扰特性以及微电子技术在大规模集成、低能耗、低成本等方面的优势，更适应未来高速、复杂的光通信系统。同时可以满足长距离数据传输以及微电子芯片间的短距离大容量数据传输，通过与微电子集成电路进行单片集成，实现高速、低功耗的片上互连，突破微电子处理器在数据互连上的瓶颈。

海外光通信设备厂商以及相关行业具备较强竞争力的企业相继入场进行布局，如Intel、Cisco及SiFotonics等巨头公司起步较早，均已推出多款基于硅光技术的器件产品，已经在行业内占据头部地位。

与海外头部企业相比，国内企业布局硅光技术较晚，主要通过收购拥有该技术的海外公司或者与外企成立合资公司的模式来切入，目前在研发技术和成果方面与海外巨头还有较大差距。不过就当前而言，无论是国外企业的技术领跑还是国内企业的入场追赶，从目前的市场发展阶段和产品成熟度来看，在功耗、成本、带宽和产能方面硅光技术还有较大的提升空间，距离大规模应用尚需时日，但可以确定的是硅光技术未来会成为光通信领域的主流应用方向。

硅基光电子行业相关政策分析

根据工信部发布的《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018—2022年)》指出，目前高速率光芯片国产化率仅3%左右，要求2022年中低端光电子芯片的国产化率超过60%，高端光电子芯片国产化率突破20%。

目前我国十四五政策上来看，上海市明确提出发展光子芯片与器件，重点突破硅光子、光通讯器件、光子芯片等新一代光子器件的研发与应用，对光子器件模块化技术、基于CMOS的硅光子工艺、芯片集成化技术、光电集成模块封装技术等方面的研究开展重点攻关。湖北省、重庆市、苏州市等政府都把硅光芯片作为“十四五”期间的重点发展产业。

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