光子芯片：下一个万亿美元级产业风口
光子芯片：下一个万亿美元级产业风口
近日，中科创星创始合伙人米磊发布的《光子产业发展白皮书》指出，光子芯片有望成为未来科技革命的关键基础技术，其市场规模预计将达到万亿美元级别。这一重磅报告的发布，标志着光子芯片这一前沿技术正从实验室走向产业化，有望重塑全球信息技术格局。
光子芯片：突破摩尔定律的新型计算技术
光子芯片是利用光子作为信息传输和处理载体的新型集成芯片，与传统电子芯片相比具有显著优势。电子芯片性能主要取决于晶体管数量，随着计算速率和集成度的提高，面临串扰、功耗、时延等一系列瓶颈问题。而光子芯片采用光子替代电子完成计算任务，计算速度比电子芯片快约1000倍，功耗更低，有望低至aJ/MAC量级，从性能上突破摩尔定律的限制。
光子计算芯片与电子芯片原理不同，不依赖晶体管优化，而是通过光电转换原理、利用光信号传播速度更快、功耗更低和不受电磁干扰等特性，实现更快速度和更低功耗完成特定计算任务，同时芯片制造环节全流程都可以在国内实现。中国企业与外国的技术水平基本在同一条起跑线上，给国内光电芯片产业“换道超车”提供了很好的机遇。
应用前景广阔，AI时代的新引擎
随着人工智能时代的到来，人们对算力的需求水涨船高。然而，传统电子芯片发展已近于物理和经济成本极限，“摩尔定律失效”之声不绝于耳。光子芯片不仅有望解决电子芯片难以克服的功耗、访存能力等方面的优化难题，还可以催生诸多崭新应用场景。
在数据中心领域，采用光学计算芯片可以将功耗控制在传统GPU方案的十分之一。例如，光子算数（北京）科技有限责任公司推出的“光电融合AI加速计算卡”，在混合精度下峰值算力接近120TOPS，已经实现了商业化应用。
在通信领域，光子芯片的高速传输特性将开启全新时代。光子雷达、生物医学成像、环境监测等领域也都有其用武之地。例如，生物医学领域，光子芯片可以应用于光学成像和光谱分析，实现对细胞、组织和药物的快速检测和分析。环境监测领域，光子芯片可以用于气体传感器和污染监测，让实时监测和评估环境质量效率更高。
技术挑战与产业化前景
尽管前景广阔，但光子芯片的产业化仍面临诸多挑战。其中最大的挑战在于如何将光子芯片与电子端、计算和内存等组件实现共封装或共集成。这涉及到复杂的光学链路设计、多波长调制技术以及高温环境下的性能稳定性问题。
此外，成本问题也不容忽视。目前光子芯片的制造成本仍高于成熟的电子互连基础设施。但随着技术进步和规模效应的显现，这一状况有望得到改善。清华大学研究团队设计的“太极”光子芯片，能量效率已超过现有智能芯片2至3个数量级，为大规模商用奠定了基础。
中国布局：从“追赶”到“并跑”
在光子芯片领域，中国与世界先进水平处于同一起跑线。近年来，中国在光子集成电路、光子晶体管、光计算等方面取得重要突破。例如，上海交通大学团队研制的新型光子张量处理芯片，相关成果发表在《自然》期刊上。中国科学院上海微系统与信息技术研究所开发的钽酸锂异质集成晶圆，可用于制作高性能且可批量制造的光子芯片。
在政策支持方面，工信部颁布的《光器件产业发展路线图》和《“十四五”信息通信行业发展规划》为光子芯片产业发展提供了有力支撑。北京电子城IC/PIC创新中心等产业平台的建设，也为光电芯片初创企业提供了良好的发展环境。
结语：抓住机遇，布局未来
光子芯片作为未来科技革命的关键基础技术，其战略意义不言而喻。它不仅有望突破传统电子芯片的物理极限，更可能在人工智能、通信、生物医学等多个领域引发颠覆性创新。面对这一历史性机遇，中国应加快布局，加大研发投入，完善产业链建设，力争在新一轮科技革命中占据制高点。