以電子驅(qū)動(dòng)的集成電路（芯片）產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展了半個(gè)多世紀(jì)，自從它出現(xiàn)以后，人類的生活、工作等活動(dòng)就發(fā)生了翻天覆地的變化。集成電路、半導(dǎo)體逐漸成為了信息產(chǎn)業(yè)的基石，已經(jīng)是人類社會(huì)活動(dòng)不可或缺的重要組成。
信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展源于芯片，在此基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)又催生并推動(dòng)了軟件業(yè)。自從PC普及到每個(gè)家庭和每個(gè)人之后，又推動(dòng)了互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和普及，隨之而來的是路由器、交換機(jī)，以及光纖基礎(chǔ)設(shè)施的涌現(xiàn)和普及。也就是在此時(shí)，光通信逐步進(jìn)入了人類的工作和生活，且應(yīng)用越來越廣，重要性與日俱增。
這里有兩個(gè)重要的時(shí)間點(diǎn)：1960年，美國(guó)物理學(xué)家梅曼發(fā)明了世界首臺(tái)激光器，人類第一次有了如此單色性好、高準(zhǔn)直、高能量密度的光源；1964年，中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所完成了高速攝影機(jī)的研制，拍攝到我國(guó)第一顆原子彈爆炸的瞬間過程。
以電子驅(qū)動(dòng)的集成電路業(yè)發(fā)展一直遵循摩爾定律，但經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，該定律逐步呈現(xiàn)失效的態(tài)勢(shì)。當(dāng)下的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，如果按照摩爾定律判定的話，已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)瓶頸期，這就需要新的產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)力量。光子芯片正是這樣一股力量。
如當(dāng)年集成電路開創(chuàng)信息時(shí)代一樣，當(dāng)下，已經(jīng)普及的光通信正在成為新革命力量的開路先鋒，與此同時(shí)，光子芯片正在從分離式器件向集成光路演進(jìn)，在不久的將來有望取得更好的發(fā)展。
相對(duì)于電子驅(qū)動(dòng)的集成電路，光子芯片有超高速率，超低功耗等特點(diǎn)，利用光信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取、傳輸、計(jì)算、存儲(chǔ)和顯示的光子芯片，具有非常廣闊的發(fā)展空間和巨大的潛能。未來，光子芯片將成為5G和人工智能時(shí)代的關(guān)鍵基石，因?yàn)闊o論是互聯(lián)網(wǎng)、5G，還是物聯(lián)網(wǎng)，基礎(chǔ)設(shè)施都離不開光纖和光學(xué)器件。
未來，集成光路一定是人工智能時(shí)代的基礎(chǔ)設(shè)施，而5G，以及之后的6G網(wǎng)絡(luò)是人工智能的主要通信載體，其將光通信的速度提升了4倍以上，如100G的光模塊開始向400G演進(jìn)。
除了通信，光子芯片在計(jì)算、存儲(chǔ)和顯示方面也發(fā)揮著越來越重要的作用，現(xiàn)在的云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心里面，已經(jīng)大量采用了光收發(fā)模塊，Google現(xiàn)在已經(jīng)是全球最大的光器件采購商了。而信息的顯示本身就是光學(xué)。以AR、VR為代表的3D感知和顯示已經(jīng)嶄露頭角，最具代表性的，就是在2017年問世的iPhone X，它在業(yè)內(nèi)首先商用了Face ID，在手機(jī)里開始加大了光學(xué)成本，F(xiàn)ace ID里面用了三個(gè)VCSEL激光器。如中科創(chuàng)星創(chuàng)始合伙人米磊所說，iPhone X拉開了消費(fèi)光子時(shí)代的序幕。
進(jìn)入2020年以后，突發(fā)的疫情影響著全人類的健康，紅外測(cè)溫設(shè)備、投影式紅外成像設(shè)備、AR/5G遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)等光學(xué)領(lǐng)域多項(xiàng)技術(shù)，在抗擊新冠疫情的過程中，起到了重要的支撐作用，也是光子芯片發(fā)展的加速器。
光通信、感知與計(jì)算
目前來看，光子技術(shù)主要用在通信、感知和計(jì)算方面，而光通信是這三者當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的，而光計(jì)算還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，距離大規(guī)模商用還有一段距離。
光通信已經(jīng)商用很多年，市場(chǎng)廣大，相對(duì)也比較成熟，不過，核心技術(shù)和市場(chǎng)都被歐美那幾家大廠控制著，如II-VI，該公司收購了另一家知名的光通信企業(yè)Finisar，F(xiàn)inisar的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目在于交換機(jī)光模塊。另一家大廠是Lumentum，該公司收購了Oclaro，之后又將光模塊業(yè)務(wù)出售給了CIG劍橋。它們都在為未來光通信市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行著技術(shù)和市場(chǎng)儲(chǔ)備。光電芯片是光通信模塊中最重要的器件，誰掌握了更多、更高水平的光芯片技術(shù)，誰就會(huì)立于不敗之地。
在光感知方面（主要用于獲取自然界的信息），激光雷達(dá)是當(dāng)下的熱點(diǎn)技術(shù)和應(yīng)用，特別是隨著無人駕駛的逐步成熟，激光雷達(dá)的前景被廣泛看好，不過，成本控制成為了阻礙其發(fā)展的最大障礙，各家傳感器廠商也都在這方面絞盡腦汁。另外，還有多種用于大數(shù)據(jù)量信息獲取的光學(xué)傳感器和光學(xué)芯片在研發(fā)當(dāng)中，這也是眾多初創(chuàng)型光電芯片企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。
而在光計(jì)算方面，硅光技術(shù)是業(yè)界主流，包括IBM、英特爾，以及中國(guó)中科院在內(nèi)的大企業(yè)和研究院所都在研發(fā)光CPU，目標(biāo)是用光計(jì)算來解決傳統(tǒng)電子驅(qū)動(dòng)集成電路面臨的難題。
不過，硅基光電子產(chǎn)品的大規(guī)模商用還需時(shí)日，因?yàn)楣韫庑酒囊?guī)模應(yīng)用同現(xiàn)有的產(chǎn)品技術(shù)方案存在著競(jìng)爭(zhēng)，雖然性能更優(yōu)，但是硅光的成本很高，硅光芯片需要足夠大的量才能擺脫價(jià)格方面的劣勢(shì)，而到目前為止，市場(chǎng)規(guī)模最大的數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算雖然用到了光電器件，但比重不高，還沒有完全向硅光芯片打開大門，而在當(dāng)下光通信領(lǐng)域的需要量不足以支撐其大規(guī)模生產(chǎn)。因此，光計(jì)算市場(chǎng)還需要時(shí)間培育。
政策支持
正是看到了光子時(shí)代的美好前景，行業(yè)領(lǐng)先的半導(dǎo)體企業(yè)，以及眾多初創(chuàng)企業(yè)，紛紛在光子芯片領(lǐng)域重金投入，以求在未來的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)。與此同時(shí)，多個(gè)國(guó)家政府也出臺(tái)政策，以扶持光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
上世紀(jì)80年代，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)在光子芯片領(lǐng)域抓緊布局，美國(guó)國(guó)防部更是把光子學(xué)列為美國(guó)的20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。而德國(guó)政府則將光子學(xué)確定為21世紀(jì)保持其在國(guó)際市場(chǎng)上先進(jìn)地位的九大關(guān)鍵技術(shù)之一，并投入35億歐元用于產(chǎn)業(yè)研發(fā)，并發(fā)布了著名的 “地平線2020”計(jì)劃，加大光電子集成研究。
在中國(guó)，2018年1月，國(guó)家工信部發(fā)布了中國(guó)光電子器件發(fā)展五年路線圖（2018-2022），其中明確提及了中國(guó)光通信器件產(chǎn)業(yè)目標(biāo)：2022年中低端光電子芯片國(guó)產(chǎn)化率超過60%，高端光電子芯片的國(guó)產(chǎn)化率突破20%；2022年國(guó)內(nèi)企業(yè)占據(jù)全球光通信器件市場(chǎng)份額的30%以上，有1家企業(yè)進(jìn)入全球前3名。
新時(shí)代 新機(jī)遇
在芯片行業(yè)，中國(guó)的整體水平暫時(shí)落后于人。而在諸如光學(xué)傳感、生物光子和消費(fèi)光子等新興領(lǐng)域，中國(guó)與歐美日韓等發(fā)達(dá)國(guó)家差距較小，呈現(xiàn)出群雄逐鹿的態(tài)勢(shì)。
因此，光子時(shí)代的到來，對(duì)中國(guó)來說是一個(gè)非常重要的機(jī)遇。特別是中國(guó)現(xiàn)在面臨一個(gè)問題，就是核心芯片依賴進(jìn)口，這不禁讓我想起了2018年針對(duì)中興通信的貿(mào)易禁令，其中，很大一部分是光電芯片和元器件。
所以，中國(guó)必須要攻克的就是以核心芯片為代表的核心技術(shù)，這是中國(guó)必須解決的問題。
在光電領(lǐng)域也是如此，中國(guó)本土也具備了較為完整的設(shè)備和模組產(chǎn)業(yè)鏈，但是上游的光電芯片主要依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)替代前景廣闊。而中興和華為事件的爆發(fā)，加速了芯片國(guó)產(chǎn)替代的腳步。
2017年，IPhone X手機(jī)的結(jié)構(gòu)光人臉識(shí)別功能，帶動(dòng)3D傳感的爆發(fā)，打開了VCSEL在電子消費(fèi)領(lǐng)域的巨大市場(chǎng)。VCSEL的爆發(fā)，使得原本一片空白的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)如雨后春筍般地冒出了一批從事VCSEL激光器芯片設(shè)計(jì)的企業(yè)，甚至一些從事大功率激光器芯片的企業(yè)也切入VCSEL。同時(shí)，ToF憑借較低的成本，也在手機(jī)3D感知應(yīng)用方面迅速躥紅，與VCSEL形成分庭抗禮之勢(shì)。但是，目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈還不完善，上下游鏈條沒有完全打通，特別是國(guó)內(nèi)VCSEL外延環(huán)節(jié)的市場(chǎng)規(guī)模還未形成。這是挑戰(zhàn)，同時(shí)也是投資發(fā)展的機(jī)遇。
投資與共贏
綜上，光子芯片是朝陽產(chǎn)業(yè)，值得投資。
特別是5G產(chǎn)業(yè)對(duì)光電芯片的需求巨大，而且會(huì)不斷增長(zhǎng)，因此，這逐漸成為了政府、投資機(jī)構(gòu)，以及產(chǎn)業(yè)孵化器等重要的半導(dǎo)體投入板塊。無論是在光發(fā)射端、接收端，還是在光電轉(zhuǎn)換端，有越來越多的布局。
而在中國(guó)，創(chuàng)業(yè)和投資需要沉下心來，不能總是頻繁轉(zhuǎn)換風(fēng)口，特別是在半導(dǎo)體和光子芯片這樣的高新技術(shù)領(lǐng)域，要有十年磨一劍的雄心、魄力和毅力，才能把事情做成功。
近些年，一批專注于光電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投資機(jī)構(gòu)和初創(chuàng)企業(yè)得到了越來越多的關(guān)注和尊重。投資機(jī)構(gòu)如中科創(chuàng)星、德聯(lián)資本等。新興的光電芯片企業(yè)在材料、外延、芯片、設(shè)備、顯示等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)均有布局目前，這些投資機(jī)構(gòu)和芯片企業(yè)都做出了成績(jī)。
在光電芯片投資領(lǐng)域，中科創(chuàng)星在國(guó)內(nèi)具有較強(qiáng)的代表性，早在2014年，中科創(chuàng)星便已側(cè)重在光電領(lǐng)域的布局，以突破“卡脖子”技術(shù)為目標(biāo)，在信息的獲取、傳輸、存儲(chǔ)、計(jì)算、顯示與交互等細(xì)分領(lǐng)域持續(xù)組網(wǎng)“修路”。在其投資的90余家半導(dǎo)體企業(yè)中，從事光電芯片及相關(guān)技術(shù)研發(fā)的占有很高的權(quán)重，代表企業(yè)有曦智科技、奇芯光電、鯤游光電、唐晶量子、賽富樂斯、飛芯電子、全磊光電、和其光電、知象光電、中科極光、東超科技等。
其中，鯤游光電因?yàn)榈玫搅巳A為哈勃科技的投資而成為了明星企業(yè)，其生產(chǎn)的DOE光學(xué)元件很有特色。從事VCSEL、射頻外延片生產(chǎn)的唐晶量子已開始獲得業(yè)內(nèi)主流企業(yè)認(rèn)可。另外，專注車載激光雷達(dá)和ToF解決方案的飛芯電子，研發(fā)以InP和GaAs為襯底的 III-V 化合物半導(dǎo)體外延片的全磊光電，從事DCT-plate等效負(fù)折射率平板透鏡研發(fā)生產(chǎn)的東超科技等企業(yè)，都得到了業(yè)內(nèi)主流投資機(jī)構(gòu)的廣泛認(rèn)可。
另外，中科創(chuàng)星還提供平臺(tái)、設(shè)備、基金，專門用于孵化芯片企業(yè)。例如，2015年，中科創(chuàng)星和多家科研機(jī)構(gòu)共同發(fā)起設(shè)立了陜西光子集成電路先導(dǎo)技術(shù)研究院，2016年，設(shè)立了國(guó)內(nèi)首支專注于光電芯片領(lǐng)域的早期基金——陜西先導(dǎo)光電集成創(chuàng)投基金，總規(guī)模10億元。
除了投資和芯片研發(fā)之外，產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)也非常重要。因?yàn)楣馄骷俏覈?guó)整個(gè)光通信產(chǎn)業(yè)鏈最薄弱的環(huán)節(jié)，特別是高端芯片和器件，甚至是空白。市場(chǎng)對(duì)于光器件產(chǎn)品迭代速度要求越來越高，中國(guó)光器件企業(yè)要提升技術(shù)水平，只依靠企業(yè)自身是不夠的，需要結(jié)合學(xué)校、研究院所等科研力量，合作共贏。
作為國(guó)內(nèi)頂尖的科研院所，中科院微電子所搭建了國(guó)內(nèi)首個(gè)完整硅光工藝流片能力平臺(tái)，基于8英寸晶圓CMOS工藝線開發(fā)了成套硅光技術(shù)，包括硅光流片工藝庫和基礎(chǔ)器件庫，制定了硅光器件和芯片的設(shè)計(jì)規(guī)則和工藝規(guī)范，形成了硅光PDK。該平臺(tái)已對(duì)外提供包括無源器件和有源器件在內(nèi)的硅光全流程工藝服務(wù)。
眾人拾柴火焰高，中國(guó)光電產(chǎn)業(yè)需要更多企事業(yè)單位的交流、合作，這就需要打造更多集科技資源統(tǒng)籌、戰(zhàn)略智庫規(guī)劃、國(guó)際前沿產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究、高端創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才引進(jìn)、創(chuàng)業(yè)投資與孵化為一體的光電子互通平臺(tái)。而北京就有這樣一個(gè)平臺(tái)，它就是定于 2020 年 11 月 24日（周二）舉辦的“2020 中國(guó)光子產(chǎn)業(yè)高峰論壇”。
該論壇邀請(qǐng)了知名科學(xué)家、行業(yè)領(lǐng)袖、知名投資人等共同參與，大家可以在一起分享相關(guān)領(lǐng)域的成果與經(jīng)驗(yàn)，探討光芯片所面臨的問題和動(dòng)態(tài)。如果您是中國(guó)光電芯片及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的一份子，誠摯邀請(qǐng)您蒞臨此次論壇！