硅光子技术：从原理到中美日差距与未来展望

硅光子技术：从原理到中美日差距与未来展望

硅光子技术是当前科技领域的前沿技术之一，它以硅或硅基材料作为衬底材料，利用与集成电路兼容的CMOS工艺制造光子器件和光电器件，具有低成本、低功耗和高集成度等优势。近年来，我国在硅光子领域发展迅速，2022年后专利申请数量跃居世界第一。本文将从硅光子技术的原理出发，详细解析其产业链结构，并对比中美日三国在该领域的差距，最后展望其未来发展前景。

硅光子的原理

硅光子技术是以硅或硅基材料（如Si、SiO2、SiGe）作为衬底材料，利用与集成电路兼容的CMOS工艺制造光子器件和光电器件，以实现对光的激发、调制、响应等功能。该技术具备兼容CMOS工艺、低成本和低功耗等优势，广泛应用于设备互联、光计算等领域。

硅光子产业链详解

硅光子行业的产业链可以分为上游、中游和下游三个主要环节：

上游：硅光芯片设计、制造及材料

硅光芯片设计是产业链的核心环节，参与者包括垂直整合厂商（如英特尔、思科、英伟达、Marvell等）以及专注于设计的公司（如Ayar Labs、SiFotonics、OpenLight等）。国内厂商如中际旭创、光迅科技、新易盛等也在通过自研或并购提升设计能力。

SOI硅片是硅光常用材料平台，全球主要供应商包括法国SOITEC、日本ShinEtsu、上海新傲（沪硅产业控股）和中国台湾环球晶。

中游：硅光模块与封装

硅光模块由光源、硅光子器件/芯片、外部驱动电路等集成而成，具有高速率、低功耗和低成本的特点。模块封装形式包括QSFP-112、OSFP和QSFP112-DD等。

国内厂商如中际旭创、光迅科技、新易盛、华工科技、博创科技、剑桥科技、铭普光磁、亨通光电等陆续推出400G/800G硅光光模块产品。

下游：应用场景

硅光子技术的应用场景已从通信逐步拓展到算力基础设施和非通信领域，如板间芯片光互连、芯片内Chiplet光互连、光计算和激光雷达等。

在通信领域，硅光技术广泛应用于数据中心光模块和相干光模块，未来有望拓展至CPO（共封装光学器件）领域。

硅光子行业中美日差距比较

美国的主导地位

美国企业在硅光芯片和模块出货量上占据主导地位，代表企业包括英特尔、思科、Inphi、Broadcom、NVIDIA、AMD、Lumentum、SiFotonics等。

美国在硅光子技术的研发和产业化方面起步较早，技术积累深厚。例如，英特尔自2003年开始致力于硅光子技术研究，已推出多款基于硅光子技术的光模块产品，并在2024年展示了支持1.6Tbps的可插拔连接应用的硅光收发芯片。

中国的追赶趋势

中国厂商如中际旭创、光迅科技、新易盛、熹联光芯等正在快速追赶，技术差距逐步缩小。

国内企业普遍较晚进入硅光领域，主要通过并购或与外企协作的方式切入市场。例如，新易盛于2022年收购Alpine，推出400G、800G等高端光模块产品；熹联光芯则于2021年完成对德国Sicoya GmbH的100%股权并购，并在国内实现硅光芯片的量产。

日本的技术依赖

日本在半导体材料和设备领域具有较强的传统优势，尤其在研发设备市场占据90%的份额。主要公司包括ASML（光刻机）、应用材料（沉积设备）、Lam Research（刻蚀设备）等。

但在硅光子技术的直接应用上，日本尚未体现明显竞争力。

上市公司布局硅光子行业

以下是国内部分上市公司在硅光子行业的布局情况：

• 中际旭创：拥有硅光100G/200G/400G/800G/1.6T芯片，2019年开始组建硅光芯片开发团队，OFC2024期间演示了800G和1.6Tbps硅光模块解决方案。

• 光迅科技：提供200G/400G/800G/1.6T硅光芯片，2018年100G硅光芯片正式投产使用，2021年率先完成1.6Tb/s硅基光收发芯片的联合研制和功能验证。

• 新易盛：通过收购Alpine，推出了400G、800G等高端光模块产品，采用4通道200Gb/s的硅光子集成芯片。

• 熹联光芯：2021年完成对德国Sicoya GmbH的100%股权并购，2023年9月发布400G DR4/800G DR8/800G 2xFR4硅光芯片，并实现硅光芯片整体解决方案的量产。

• SiFotonics：提供25G硅光探测器芯片、400G/800G硅光集成发射芯片等产品，2024年在OFC上展示了全系列硅光新产品。

资料来源：海通证券

硅光子未来发展前景

市场规模增长

根据Yole的数据，2022年全球硅光芯片市场规模为0.68亿美元，预计到2028年将增长至6.13亿美元，2022-2028年复合年增长率（CAGR）高达44%。

资料来源：C114 通信网，Yole，国联证券研究所

应用场景扩展

硅光子技术从光通信逐步拓展至光计算、光互联（如CPO、OIO）、激光雷达等领域。

OIO（光学互联）市场有望从2022年的500万美元增长到2033年的23亿美元，硅光子技术在其中扮演重要角色。

技术迭代与生态完善

硅光工艺生态逐步完善，产业链各环节的分工与整合趋势日益明显。国内企业在硅光芯片设计和封装环节的能力不断提升，但在流片、制造等环节仍部分依赖海外代工厂。

国产替代加速

随着市场需求和技术突破的推动，中国厂商在硅光领域的技术差距有望进一步缩小，未来有望在全球市场占据更大份额。

总结

硅光子技术凭借其低成本、低功耗和高集成度的优势，正在从光通信领域向光计算、光互连和激光雷达等新兴领域拓展。美国企业在该领域占据主导地位，技术积累和产业链整合能力显著领先；中国厂商则通过并购和自主研发快速追赶，逐步缩小与国际厂商的差距；日本在半导体材料和设备领域具有较强优势，但在硅光子技术的直接应用上尚未体现明显竞争力。

未来，随着AI技术对算力需求的持续增长，硅光子技术的应用场景将进一步扩展，市场规模也将迎来快速增长。国内企业如中际旭创、光迅科技、新易盛、熹联光芯等正在加速布局，推动国产替代进程。