在后摩爾時(shí)代，硅基光電子技術(shù)以其獨特的雙重優(yōu)勢——繼承微電子技術(shù)的成熟工藝、大規模集成和成本效益，同時(shí)融合光電子技術(shù)的超高帶寬、超高速率和低能耗特性——正成為半導體行業(yè)突破瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)路徑。

作為光開(kāi)關(guān)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，廣西科毅光通信科技有限公司已深入布局硅基光電子技術(shù)，致力于為全球客戶(hù)提供更高效、更可靠的光互連解決方案，助力數據中心、光計算和光傳感等領(lǐng)域的技術(shù)革新。

一、硅基光電子技術(shù)的演進(jìn)與突破方向

硅基光電子技術(shù)的發(fā)展歷程可分為四個(gè)關(guān)鍵階段：從分立器件到單片集成，再到光電全集成融合，最終實(shí)現可編程芯片。目前，該技術(shù)已進(jìn)入第二階段，即單片集成階段，通過(guò)將各類(lèi)器件組合實(shí)現不同功能的集成，如Intel的100G硅光模塊出貨量已超過(guò)500萬(wàn)只，而格芯推出的Fotonix平臺則實(shí)現了光子系統、射頻組件和CMOS邏輯的單片集成，性能達到300GHz級別。

技術(shù)突破方面，北京大學(xué)王興軍教授團隊在2023年取得了重大進(jìn)展，實(shí)現了全球首個(gè)電光帶寬達110GHz的純硅調制器，這是自2004年英特爾在《自然》期刊報道第一個(gè)1GHz硅調制器后，國際上首次將純硅調制器帶寬提升至100GHz以上。這一突破為高速、短距離數據中心和光通信應用提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，標志著(zhù)硅基光電子在解決帶寬瓶頸方面取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

未來(lái)技術(shù)突破方向主要集中在三個(gè)領(lǐng)域：

1. 硅基光源技術(shù)：硅材料本身是間接帶隙半導體，發(fā)光效率低，這是硅基光電子發(fā)展的最大瓶頸。目前，產(chǎn)業(yè)界正在探索多種技術(shù)路徑，如硅基量子點(diǎn)、硅基Ge/GeSn和硅基稀土發(fā)光等，以期實(shí)現片上光源的突破。楊德仁院士指出：“硅基光電子包括光源、波導、調制、探測、封裝、集成等一系列程序，其中硅基光源是一大難點(diǎn)，到現在問(wèn)題才解決了一半?！?/span>

 2. 光電全集成技術(shù)：將光子與電子器件在同一硅片上實(shí)現全集成，解決傳統異質(zhì)集成中的對準和兼容性問(wèn)題。例如，Sicoya公司采用GeSiBiCMOS工藝，將微電子集成電路與硅基光電子芯片集成在同一硅片上，大大縮短了信號傳輸距離，降低了功耗。

 3. 可編程硅光芯片：通過(guò)矩陣化表征和編程自定義功能，實(shí)現高度靈活的光子處理能力。這一方向將推動(dòng)硅基光電子從單一功能器件向多功能集成系統演進(jìn)。

二、市場(chǎng)規模與應用場(chǎng)景分布

硅基光電子市場(chǎng)正迎來(lái)前所未有的增長(cháng)機遇。根據Yole數據，硅基光子器件自2015年起以約45%的年復合增長(cháng)率持續增長(cháng)，預計到2025年硅光子市場(chǎng)規模將超13億美元，而Gartner預測2025年將達到26億美元，這一差異主要源于統計范圍的不同（Yole聚焦純硅光芯片，Gartner包含集成系統）。中研普華預測，中國光電器件行業(yè)2025年市場(chǎng)規模將達720億美元，其中光通信器件占38%（約274億美元），硅基光電子作為核心技術(shù)將在其中占據重要份額。

從應用場(chǎng)景分布來(lái)看，硅基光電子技術(shù)呈現出”傳統市場(chǎng)穩增長(cháng)，新興市場(chǎng)蓄潛力”的特點(diǎn)：

數據中心領(lǐng)域是硅基光電子技術(shù)應用的核心場(chǎng)景。

隨著(zhù)AI大模型參數規模突破百萬(wàn)億級，單芯片算力需求年增80%，傳統銅互連已無(wú)法滿(mǎn)足高帶寬、低延遲的需求。硅基光電子模塊的預期成本可降至0.3美元/(Gbit·s?1)，遠低于InP材料成本，這使其成為數據中心光互連的理想選擇。預計到2025年底，綜合算力基礎設施體系將初步成型，硅光技術(shù)將承載絕大部分大型數據中心內的高速信息傳輸。

光計算領(lǐng)域正從實(shí)驗室走向商業(yè)化。

2025年全球光計算市場(chǎng)規模約10億美元，主要面向AI推理端應用。華為”光麒麟”光子芯片已實(shí)現128TOPS算力，功耗僅為同性能硅基芯片的1/12，這一突破標志著(zhù)光子計算時(shí)代的到來(lái)。硅基光電子通過(guò)低功耗光互連支持ASIC芯片的高效部署，成為光計算架構的關(guān)鍵支撐。

光傳感領(lǐng)域展現出多元化增長(cháng)態(tài)勢。

在醫療健康領(lǐng)域，硅基傳感器市場(chǎng)規模預計2025年達80億元，主要用于血液細胞計數、冠狀動(dòng)脈壓力監測等場(chǎng)景。北方微電子院牽頭的國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目已成功研發(fā)硅基MEMS壓力、氣體和氣溶膠傳感器，用于動(dòng)力電池熱失控監測。在工業(yè)領(lǐng)域，硅基MEMS振動(dòng)傳感器具備微型化、寬頻響應和高靈敏度優(yōu)勢，如ADI公司的ADXL1002傳感器噪聲譜密度僅為25μg/√Hz，支持11kHz帶寬，諧振頻率達21kHz，性能媲美壓電傳感器，且成本降低50%。

三、光計算領(lǐng)域的應用潛力與挑戰

光計算在A(yíng)I推理和訓練領(lǐng)域展現出巨大潛力。

相比傳統電子計算，光計算具有并行處理能力強、帶寬高、功耗低等優(yōu)勢。根據TIRIAS Research預測，未來(lái)推理算力占比將達到95%，訓練算力5%，IDC預測未來(lái)5年國內訓練、推理算力年復合增速分別為50%和190%，2028年推理算力規模將超過(guò)訓練算力。

在技術(shù)實(shí)現上，硅基光電子通過(guò)CMOS工藝將光電器件集成在硅片上，顯著(zhù)降低功耗與成本，提升集成度。例如，2015年加州大學(xué)和麻省理工學(xué)院報道了首個(gè)光電一體處理器，在一塊芯片上同時(shí)制備了7千萬(wàn)個(gè)微電子器件與850個(gè)光電子器件，通過(guò)光子在計算和存儲單元之間進(jìn)行高速通信，實(shí)現了10Gbps通信速度并融合了波分復用技術(shù)。

 然而，光計算領(lǐng)域仍面臨諸多挑戰：

1. 光源問(wèn)題：硅是間接帶隙半導體，發(fā)光效率低，目前主要依賴(lài)III-V族材料異質(zhì)集成。雖然量子點(diǎn)激光器取得了突破（如中科院半導體所實(shí)現150℃連續工作），但微分電阻高、壽命短（僅12分鐘）仍是瓶頸。

 2. 集成工藝復雜：硅與III-V族材料的晶格不匹配導致位錯問(wèn)題，需依賴(lài)鍵合技術(shù)或單片集成方案。華為采用3D混合鍵合技術(shù)實(shí)現光源與硅基芯片的高效集成，但工藝難度大、成本高。

3. 算法適配性不足：光計算架構與傳統電子計算存在差異，需要開(kāi)發(fā)專(zhuān)用算法和編程模型。

廣西科毅光通信科技有限公司的光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品在光計算領(lǐng)域具有重要應用價(jià)值。公司的MEMS光開(kāi)關(guān)系列（如MEMS 1×4光開(kāi)關(guān)）具有低插入損耗（Typ:0.7, Max:1.2dB）、高串擾抑制（≥50dB）和快速切換（微秒級）等特性，可作為光計算系統中的關(guān)鍵光路控制組件，實(shí)現光信號的靈活路由和配置。

四、光傳感領(lǐng)域的應用潛力與挑戰

光傳感領(lǐng)域是硅基光電子技術(shù)的重要應用場(chǎng)景，尤其在醫療健康和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。2025年全球光纖傳感器市場(chǎng)規模預計達300億美元，其中通信領(lǐng)域占25%（約75億美元），醫療和工業(yè)檢測領(lǐng)域合計占比超30%。

在醫療傳感領(lǐng)域，硅基光電子技術(shù)展現出巨大潛力。Rockley Photonics公司的光譜傳感芯片采用單片集成8波長(cháng)探測器技術(shù)，已獲得FDA批準用于無(wú)創(chuàng )血糖監測。北方微電子院研發(fā)的硅基MEMS傳感器可用于動(dòng)力電池熱失控監測，通過(guò)多參量融合預警模型實(shí)現精準監測。這些應用表明，硅基光電子在醫療傳感領(lǐng)域具有高靈敏度、低功耗和微型化優(yōu)勢。

在工業(yè)傳感領(lǐng)域，硅基MEMS技術(shù)同樣展現出廣泛應用前景。如前所述，硅基MEMS振動(dòng)傳感器在高溫、腐蝕環(huán)境中的性能優(yōu)勢顯著(zhù)，可替代傳統壓電傳感器。此外，硅基光電子在光纖陀螺、激光雷達等場(chǎng)景也有重要應用，如華為采用硅基光電子技術(shù)開(kāi)發(fā)的車(chē)規級激光雷達芯片（1550nm），已實(shí)現人眼安全功率上限提升3倍，獲得蔚來(lái)ET9定點(diǎn)。

然而，光傳感領(lǐng)域仍面臨以下挑戰：

1. 材料缺陷問(wèn)題：硅基探測器在響應率和信噪比方面仍落后于III-V族材料，需通過(guò)新材料和結構優(yōu)化提升性能。

 2. 溫度穩定性不足：硅材料的溫度效應導致器件性能隨溫度變化，需開(kāi)發(fā)溫度補償技術(shù)和高熱穩定性材料。

3. 接口兼容性難題：光傳感信號需與傳統電子系統對接，需開(kāi)發(fā)高效、低功耗的光電轉換接口。

廣西科毅光通信科技有限公司在光傳感領(lǐng)域的布局已取得初步成果。公司采用平面波導集成光學(xué)(PLC)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了高穩定性平面光波導功率分配器，獲得了國家專(zhuān)利。這一技術(shù)可應用于醫療成像設備的光路控制，提升系統精度和可靠性。

五、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展與市場(chǎng)格局

硅基光電子產(chǎn)業(yè)鏈已初步形成，主要包括上游材料與設備、中游芯片設計與制造、下游器件與系統集成三個(gè)環(huán)節。全球硅基光電子產(chǎn)業(yè)格局正從歐美主導向中美并進(jìn)轉變，國內華為、騰訊、百度、阿里巴巴等公司已積極參與布局。

上游材料與設備環(huán)節，硅基襯底材料（如SiGe/Si、SOI等）和III-V族材料（如InP、GaAs）是關(guān)鍵。國內企業(yè)在25G以下中低端光芯片領(lǐng)域已實(shí)現自主化，但25G及以上高速光芯片仍依賴(lài)進(jìn)口，國產(chǎn)化率約20%-30%。電芯片（如DSP、激光驅動(dòng)器）技術(shù)門(mén)檻高，國產(chǎn)化率低于2%，主要依賴(lài)歐美廠(chǎng)商（如Maxim、TI）。

中游芯片設計與制造環(huán)節，硅光子集成芯片是核心。格芯、臺積電等國際代工廠(chǎng)已推出硅光子代工平臺，如格芯的Fotonix平臺和臺積電的COUPE平臺。國內中芯國際7nm良率突破90%，同時(shí)擴產(chǎn)40nm以上特種工藝，為硅基光電子提供了制造基礎。

下游器件與系統集成環(huán)節，光模塊是主要產(chǎn)品。中際旭創(chuàng )、光迅科技等中國企業(yè)快速崛起，全球市占率超50%，成為行業(yè)支柱。華為海思開(kāi)發(fā)的硅光模塊已應用于400G數據中心互聯(lián)，傳輸效率提升50%。CPO技術(shù)（共封裝光學(xué)）將光引擎與ASIC芯片集成，傳輸密度提升5倍，預計2025年滲透率達25%。

廣西科毅光通信科技有限公司在產(chǎn)業(yè)鏈中的定位清晰。公司專(zhuān)注于平面波導集成光學(xué)(PLC)及微機械(MEMS)技術(shù)的規?；瘧?，主要產(chǎn)品包括機械式光開(kāi)關(guān)、MEMS光開(kāi)關(guān)、耦合器、波分復用器等。這些產(chǎn)品在硅基光電子產(chǎn)業(yè)鏈中處于中下游，是光互連系統的關(guān)鍵組件。公司已獲得11個(gè)專(zhuān)利和5個(gè)軟件著(zhù)作權，擁有多項知識產(chǎn)權，表明其在技術(shù)創(chuàng )新和產(chǎn)品研發(fā)方面具備較強實(shí)力。

六、政策支持與市場(chǎng)機遇

中國政府對硅基光電子技術(shù)發(fā)展高度重視，通過(guò)多項政策推動(dòng)技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)升級。2023年10月，工業(yè)和信息化部等六部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《算力基礎設施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計劃》，要求完善算力綜合供給體系，提升算力高效運載能力，這為硅基光電子在數據中心中的應用提供了政策支持。

2023年12月，國家發(fā)展改革委等五部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《深入實(shí)施”東數西算”工程加快構建全國一體化算力網(wǎng)的實(shí)施意見(jiàn)》，大力推動(dòng)算力網(wǎng)絡(luò )建設，預計到2025年底，綜合算力基礎設施體系將初步成型。這一政策為光開(kāi)關(guān)在數據中心中的應用提供了廣闊的市場(chǎng)機遇。

在區域競爭格局方面，北美地區（英偉達、AMD主導）在高端市場(chǎng)占據優(yōu)勢，但中國（華為昇騰、寒武紀合計占本土訓練市場(chǎng)62%）在中低端市場(chǎng)已實(shí)現自主化，28nm以上成熟制程自主化率80%。歐洲地區（英飛凌、ST聚焦汽車(chē)芯片）則在特定應用領(lǐng)域（如L4級自動(dòng)駕駛算力需求達1000TOPS）具有獨特優(yōu)勢。

廣西科毅光通信科技有限公司充分利用政策紅利，積極參與”東數西算”工程，為構建全國一體化算力網(wǎng)絡(luò )提供技術(shù)支持。公司計劃在未來(lái)三年內，進(jìn)一步擴大光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品的端口規模，從目前的1×N擴展到更大型的M×N矩陣，以滿(mǎn)足超大規模數據中心的互聯(lián)需求。同時(shí)，公司將加強與云計算、AI等領(lǐng)域的合作，探索光開(kāi)關(guān)在這些新興領(lǐng)域的應用潛力。

七、技術(shù)發(fā)展趨勢與未來(lái)展望

硅基光電子技術(shù)正朝著(zhù)以下幾個(gè)方向快速發(fā)展：

硅光子集成化：通過(guò)CMOS工藝實(shí)現與電子芯片的異質(zhì)集成，降低制造成本并提高性能。格芯的Fotonix平臺已將300毫米光子學(xué)特性和300GHz級別的RF-CMOS工藝集成到硅片上，為數據中心提供創(chuàng )新解決方案?？埔愎馔ㄐ耪诜e極探索這一技術(shù)方向，以期為客戶(hù)提供更高效的光開(kāi)關(guān)解決方案。

低功耗設計：開(kāi)發(fā)基于相變材料的非易失性光開(kāi)關(guān)，這類(lèi)光開(kāi)關(guān)靜態(tài)功耗趨近于零，有助于構建更加節能環(huán)保的數據中心?？埔愎忾_(kāi)關(guān)產(chǎn)品已具備低功耗特性，符合這一發(fā)展趨勢。

智能化控制：結合AI算法預測網(wǎng)絡(luò )流量，動(dòng)態(tài)優(yōu)化光開(kāi)關(guān)配置策略，進(jìn)一步提升數據中心的運營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量?？埔愎馔ㄐ耪谘邪l(fā)支持智能控制的光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，以滿(mǎn)足未來(lái)數據中心的智能化需求。

硅基光源技術(shù)突破：雖然硅基光源仍是最大技術(shù)瓶頸，但近年來(lái)取得了一系列進(jìn)展。中國科學(xué)院半導體研究所楊濤研究員團隊報道的直接在軸向Si(001)上生長(cháng)的超高熱穩定性1.3μm InAs/GaAs量子點(diǎn)激光器，其連續波工作溫度達到了創(chuàng )紀錄的150℃，外推壽命超過(guò)20,000小時(shí)。這些技術(shù)突破將為硅基光電子的全集成化奠定基礎。

未來(lái)三年，硅基光電子技術(shù)將迎來(lái)關(guān)鍵突破期。隨著(zhù)”東數西算”工程的深入推進(jìn)和算力基礎設施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計劃的實(shí)施，中國硅基光電子產(chǎn)業(yè)有望在2028年前實(shí)現以下目標： 1. 硅光模塊在數據中心光模塊市場(chǎng)占比超過(guò)50% 2. 硅基光源技術(shù)取得實(shí)質(zhì)性突破，實(shí)現片上集成 3. 硅基光電子在A(yíng)I推理和訓練領(lǐng)域實(shí)現規?；瘧?4. 硅基光傳感器在醫療和工業(yè)領(lǐng)域滲透率提升至40%以上

廣西科毅光通信科技有限公司將繼續秉持”質(zhì)量第一，客戶(hù)至上”的經(jīng)營(yíng)理念，不斷創(chuàng )新突破，為推動(dòng)硅基光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻力量。公司計劃在未來(lái)三年內，進(jìn)一步擴大光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品的端口規模，從目前的1×N擴展到更大型的M×N矩陣，以滿(mǎn)足超大規模數據中心的互聯(lián)需求。同時(shí)，公司將加強與云計算、AI等領(lǐng)域的合作，探索光開(kāi)關(guān)在這些新興領(lǐng)域的應用潛力。

八、如何選擇適合新興領(lǐng)域的光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品

在選擇適合光計算、光傳感等新興領(lǐng)域的光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵性能指標：

端口數量：光計算和光傳感系統通常需要多端口配置，以支持復雜的光路控制和信號處理?？埔愎忾_(kāi)關(guān)提供從1×1、1×2到1×32等多種配置，滿(mǎn)足不同規模的應用需求。

插入損耗：低插入損耗（Typ:0.5, Max:0.8dB）確保信號傳輸的高效性，這對光計算和光傳感系統至關(guān)重要?？埔銠C械式光開(kāi)關(guān)的插入損耗指標處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

響應時(shí)間：快速響應時(shí)間（≤8ms）滿(mǎn)足數據中心對低延遲的需求，同時(shí)支持光計算系統中的動(dòng)態(tài)光路配置?？埔鉓EMS光開(kāi)關(guān)的響應時(shí)間達到微秒級，滿(mǎn)足未來(lái)光計算系統的要求。

串擾抑制：高串擾抑制（≥50dB）減少信號干擾，提升系統可靠性?？埔鉓EMS光開(kāi)關(guān)的串擾抑制指標優(yōu)異，確保復雜光路中的信號質(zhì)量。

溫度穩定性：良好的溫度穩定性（工作溫度范圍寬）適應各種應用場(chǎng)景，包括高溫工業(yè)環(huán)境和精密醫療設備?？埔愎忾_(kāi)關(guān)產(chǎn)品在溫度穩定性方面表現優(yōu)異，滿(mǎn)足不同環(huán)境下的應用需求。

根據不同的應用場(chǎng)景，科毅光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品推薦如下：

高密度部署場(chǎng)景：推薦OSW-1×1、OSW-1×2等機械式光開(kāi)關(guān)，具有低插入損耗（≤0.8dB）和緊湊的器件尺寸（28×12.6×11mm），便于高密度集成。

低延遲場(chǎng)景：推薦MEMS 1×4光開(kāi)關(guān)，具有快速響應時(shí)間（微秒級）和低插入損耗（Typ:0.7, Max:1.2dB），適合光計算和高速數據傳輸。

大規?；ヂ?lián)場(chǎng)景：推薦1×N系列機械式光開(kāi)關(guān)，支持從1×2到1×32等多種配置，滿(mǎn)足不同規模的數據中心和光計算系統需求。

廣西科毅光通信科技有限公司擁有自己的生產(chǎn)線(xiàn)和一批資深工程師及生產(chǎn)技術(shù)人員，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、技術(shù)創(chuàng )新、精益生產(chǎn)及品質(zhì)管理上積累了豐富經(jīng)驗。

公司可根據客戶(hù)的特殊需求，提供個(gè)性化的設計和生產(chǎn)，滿(mǎn)足各種不同的應用場(chǎng)景需求。

九、最后

硅基光電子技術(shù)正迎來(lái)前所未有的發(fā)展機遇，它不僅能夠解決傳統微電子技術(shù)面臨的帶寬、功耗和集成度瓶頸，還能為光計算、光傳感等新興領(lǐng)域提供創(chuàng )新解決方案。隨著(zhù)”東數西算”工程的深入推進(jìn)和算力基礎設施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計劃的實(shí)施，中國硅基光電子產(chǎn)業(yè)有望在2028年前實(shí)現關(guān)鍵突破，市場(chǎng)規模將快速增長(cháng)至11億美元以上。

作為光開(kāi)關(guān)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，廣西科毅光通信科技有限公司已深入布局硅基光電子技術(shù)，為全球客戶(hù)提供高質(zhì)量、高性能的光開(kāi)關(guān)解決方案，助力數據中心、光計算和光傳感等領(lǐng)域的技術(shù)革新。公司將繼續秉持”質(zhì)量第一，客戶(hù)至上”的經(jīng)營(yíng)理念，不斷創(chuàng )新突破，為推動(dòng)硅基光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻力量。

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