中國科學(xué)院最新發(fā)布消息說，由中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所(上海微系統(tǒng)所)、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院組成的合作團(tuán)隊(duì)在國際上另辟蹊徑，最近在鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓及高性能光子芯片制備領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，已成功研發(fā)并實(shí)現(xiàn)可批量制造的新型光子芯片——鉭酸鋰集成光子芯片，相關(guān)研究成果論文于北京時(shí)間5月8日夜間在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》上線發(fā)表。

據(jù)悉，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所團(tuán)隊(duì)孵化的上海新硅聚合半導(dǎo)體有限公司已經(jīng)具備薄膜鉭酸鋰異質(zhì)晶圓量產(chǎn)能力，并開發(fā)出8英寸異質(zhì)集成鉭酸鋰材料技術(shù)，將為更大規(guī)模的中國國產(chǎn)光學(xué)和射頻芯片的發(fā)展奠定核心材料基礎(chǔ)。

隨著全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入“后摩爾時(shí)代”，集成電路芯片性能提升的難度和成本越來越高，全球迫切尋找新的技術(shù)方案。以硅光技術(shù)和薄膜鈮酸鋰光子技術(shù)為代表的集成光電技術(shù)是應(yīng)對此瓶頸問題的顛覆性技術(shù)。與鈮酸鋰類似，中國與瑞士合作團(tuán)隊(duì)研究證明單晶鉭酸鋰薄膜同樣具有優(yōu)異的電光轉(zhuǎn)換特性，且在雙折射、透明窗口范圍、抗光折變、頻率梳產(chǎn)生等方面相比鈮酸鋰更具優(yōu)勢。此外，硅基鉭酸鋰異質(zhì)晶圓的制備工藝與絕緣體上的硅更加接近，因此鉭酸鋰薄膜可實(shí)現(xiàn)低成本和規(guī)模化制造，具有極高應(yīng)用價(jià)值。

論文共同通訊作者、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所歐欣研究員表示，研究團(tuán)隊(duì)采用基于“萬能離子刀”的異質(zhì)集成技術(shù)，通過氫離子注入結(jié)合晶圓鍵合的方法，制備了高質(zhì)量硅基鉭酸鋰單晶薄膜異質(zhì)晶圓，隨后進(jìn)一步聯(lián)合開發(fā)出超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法。結(jié)合晶圓級流片工藝，研究團(tuán)隊(duì)探索發(fā)現(xiàn)，鉭酸鋰光子芯片不僅展現(xiàn)出與鈮酸鋰薄膜相當(dāng)?shù)碾姽庹{(diào)制效率，同時(shí)兼具片上實(shí)現(xiàn)孤子光學(xué)頻率梳的獨(dú)特屬性，有望在激光雷達(dá)、精密測量等方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

歐欣指出，相較于薄膜鈮酸鋰，薄膜鉭酸鋰更易制備，且制備效率更高。此外，鉭酸鋰薄膜具有更寬的透明窗口、強(qiáng)電光調(diào)制、弱雙折射、更強(qiáng)的抗光折變特性，這些先天材料優(yōu)勢極大擴(kuò)展了鉭酸鋰平臺的光學(xué)設(shè)計(jì)自由度。

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所介紹說，近十年來，歐欣帶領(lǐng)該所異質(zhì)集成團(tuán)隊(duì)集中突破高品質(zhì)單晶薄膜制備及異質(zhì)集成共性技術(shù)，同時(shí)重點(diǎn)布局基于異質(zhì)集成材料的5G/6G高頻聲學(xué)射頻濾波器、高速集成光子器件及高功率電子器件技術(shù)。

什么是光子芯片？

光子芯片，這一被譽(yù)為未來信息技術(shù)領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)，同志們記住重點(diǎn)“顛覆性技術(shù)”！光子芯片是一種基于光子學(xué)的集成電路，將光子器件集成在芯片上，實(shí)現(xiàn)了光電子集成。近日在我國科學(xué)家手中取得了重大突破。這一成果的誕生，不僅標(biāo)志著我國在光子芯片研究領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步，更為全球光子芯片的發(fā)展打開了新的篇章。妥妥未來的“國之重器！


計(jì)算速度比電子芯片快1000倍

光子芯片的重要性不言而喻。相較于傳統(tǒng)的電子芯片，光子芯片具有更高的傳輸速度、更低的功耗和更小的體積，被認(rèn)為是下一代計(jì)算機(jī)、通信和人工智能領(lǐng)域的核心技術(shù)。隨著全球信息技術(shù)的快速發(fā)展，光子芯片的出現(xiàn)將極大地推動整個(gè)科技產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。


光子芯片在我國的應(yīng)用前景

對于我國科學(xué)家在光子芯片材料研究上的突破，也是源于團(tuán)隊(duì)對新材料的深入研究。這種新材料具有優(yōu)異的光子傳輸性能和強(qiáng)大的集成能力，是制造光子芯片的理想材料。通過多年的不懈努力，我國科學(xué)家成功掌握了該材料的大規(guī)模制造技術(shù)，為光子芯片的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。這里也要畫重點(diǎn)那就是【大規(guī)模】，前景非常值得期待！

新材料的特性使其在光子芯片領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

（1）首先，其在光子傳輸方面的優(yōu)勢使得光子芯片能夠?qū)崿F(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足未來大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等領(lǐng)域的需求。

（2）新材料的高集成度意味著光子芯片可以實(shí)現(xiàn)更高的集成度，進(jìn)一步縮小設(shè)備體積，提高設(shè)備性能。

（3）新材料的光子芯片還具有更低功耗、更高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，有助于實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

因?yàn)楣庾有酒€處于未被規(guī)模商用，上述的前景規(guī)模自然也存在一定局限性，根據(jù)科研體系的進(jìn)展流程來分析，我國科學(xué)家肯定還在繼續(xù)優(yōu)化新材料的性能不斷地迭代更新，以實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的光子芯片。


未來缺口

高速光模塊的BOM（物料清單）成本較高，其中光芯片占比最大。 尤其是高速光芯片的價(jià)值更高，進(jìn)一步推高了BOM成本。

國內(nèi)光芯片廠商面臨全球化的重要窗口。 隨著400G DR4和800G DR8的需求預(yù)計(jì)將翻倍，高速光芯片的需求將非常緊缺。

光芯片產(chǎn)能的擴(kuò)張并不容易。 需要核心設(shè)備MOCVD，從設(shè)備到貨到調(diào)試完成至少需要一年的時(shí)間。 因此，該機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2024年，行業(yè)光芯片供應(yīng)將非常緊張。同時(shí)，隨著1.6T高速光模塊需求的出現(xiàn)，行業(yè)可能會出現(xiàn)200G EML的需求。 目前，國內(nèi)廠商正在積極研發(fā)和部署100G/200G EML技術(shù)，以加速響應(yīng)市場需求。

景氣提升帶動業(yè)績高增長

通信行業(yè)正面臨著一場深刻的變革。據(jù)了解，隨著ChatGPT、文心一言、通義千問等為代表的GPT類應(yīng)用的發(fā)布，引爆基于大模型的生成式人工智能AIGC市場，人類社會將跨入智能時(shí)代。AI大模型的訓(xùn)練和推理應(yīng)用需要海量并行數(shù)據(jù)計(jì)算，對AI數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)帶寬提出更大的需求，AI數(shù)據(jù)中心的發(fā)展加速高速光模塊的發(fā)展和應(yīng)用。根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)Dell'Oro發(fā)布的最新報(bào)告，到2027年，20%的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)中心交換機(jī)端口將用于連接支持人工智能(AI)任務(wù)的加速服務(wù)器。此外，新興的生成式人工智能應(yīng)用的發(fā)展，將進(jìn)一步推動數(shù)據(jù)中心交換機(jī)市場取得增長，預(yù)計(jì)未來5年該市場的累計(jì)銷售額將超過1000億美元。

政策面上也是利好不斷。國家在《第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》及2021年國務(wù)院《政府工作報(bào)告》中，明確提出“系統(tǒng)布局新型基礎(chǔ)設(shè)施，加快第五代移動通信、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心等建設(shè)”。

國盛證券研報(bào)顯示，當(dāng)前通信技術(shù)迭代速度正被大幅度壓縮至1.5年甚至1年，技術(shù)領(lǐng)先且與客戶合作緊密的頭部廠商優(yōu)勢被進(jìn)一步放大，伴隨高端需求的持續(xù)放量以及技術(shù)迭代速度的提升，預(yù)計(jì)行業(yè)格局或?qū)⑾蝾^部廠商進(jìn)一步集中。隨著市場空間被AI進(jìn)一步打開，光通信或正迎來歷史上發(fā)展最好的階段之一。據(jù)LightCounting預(yù)測，雖然2023年光模塊市場將略有下降，但未來5年全球光模塊市場長期復(fù)合年增長率仍將保持兩位數(shù)。

行業(yè)景氣度上升，給深市公司帶來了實(shí)實(shí)在在的業(yè)績增長和利潤貢獻(xiàn)。新易盛表示，公司在新產(chǎn)品研發(fā)及市場拓展方面持續(xù)取得進(jìn)展，產(chǎn)品競爭力不斷提升，客戶結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，公司2024年第一季度高速率光模塊銷售占比持續(xù)提升，2024年第一季度實(shí)現(xiàn)營收11.13億元，同比增長85.41%，實(shí)現(xiàn)歸母凈利潤3.25億元，同比增長200.96%。

天孚通信是業(yè)界領(lǐng)先的光器件整體解決方案提供商和先進(jìn)光學(xué)封裝制造服務(wù)商，2024年第一季度公司實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入7.32億元，同比增長154.95%；實(shí)現(xiàn)歸屬于上市公司股東的凈利潤2.79億元，同比增長202.68%，主要是AI人工智能技術(shù)的發(fā)展和算力需求的增加，全球數(shù)據(jù)中心建設(shè)帶動對高速光器件產(chǎn)品需求的持續(xù)穩(wěn)定增長，尤其是高速率產(chǎn)品需求增長較快，帶來公司收入同比增長。

而在Lightcounting最新發(fā)布的2022年度光模塊廠商排名中，中際旭創(chuàng)和行業(yè)頭部企業(yè)并列全球第一。2024年第一季度，公司實(shí)現(xiàn)營收48.43億元，同比增長163.59%，實(shí)現(xiàn)歸母凈利潤10.09億元，同比增長303.84%，實(shí)現(xiàn)扣非歸母凈利潤9.90億元，同比增長325.73%。同時(shí)，得益于800G/400G等高端產(chǎn)品出貨比重的提升、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化以及持續(xù)的降本增效，公司產(chǎn)品毛利率、凈利潤率進(jìn)一步得到提升。2024年第一季度公司毛利率為32.76%，同比提升3.21%；凈利率分別為21.22%，同比提升7.91%。