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1.1. 原理：三五族化合物主導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換

1.1.1. 光芯片為激光器、探測(cè)器核心組成

激光應(yīng)用廣泛，其工作有賴(lài)于激光器與探測(cè)器。得益于方向性好、單色性好、能量密度高，激光不僅在光纖通信、工業(yè)制造等傳統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，更在 3D 傳感、車(chē)載激光雷達(dá)等新型領(lǐng)域日益普及。激光的輸出有賴(lài)于激光器，根據(jù)增益介質(zhì)的不同，激光器可分為氣體激光器、液體激光器與固態(tài)激光器，而半導(dǎo)體激光器是固態(tài)激光器的典型形態(tài)；激光的接收則有賴(lài)于探測(cè)器，其又被稱(chēng)為光敏二極管。激光器、探測(cè)器的核心構(gòu)成部分為光芯片，光芯片核心功能為光電信號(hào)轉(zhuǎn)換。光芯片主要包括激光器芯片與探測(cè)器芯片：激光器芯片應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器中，實(shí)現(xiàn)電信號(hào) 向光信號(hào)的轉(zhuǎn)換，將電信號(hào)蘊(yùn)含的信息通過(guò)激光輸出；探測(cè)器芯片則在探測(cè)器中不可或缺，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

1.1.2. 激光器芯片

1）工作原理：電激勵(lì)為泵浦源，半導(dǎo)體為增益介質(zhì)，輸出激光

激光的發(fā)出有賴(lài)于泵浦源、增益介質(zhì)、諧振腔三大部件。激光的輸出需要外界提供能量，泵浦源（又稱(chēng)激勵(lì)源）即負(fù)責(zé)向增益介質(zhì)中的粒子提供能量，常見(jiàn)的泵浦方式有電泵浦、光學(xué)泵浦、核能泵浦等；增益介質(zhì)用來(lái)提供向高能級(jí)躍遷的粒子，常用材料有氖氣、有機(jī)染料、紅寶石、半導(dǎo)體、光纖等；諧振腔指使光波在其中來(lái)回反射從而提供光能反饋的空腔，其作用是使腔內(nèi)的光子具有一致的頻率、相位和運(yùn)行方向，使激光具有良好的方向和相干性，同時(shí)還能放大受激輻射的強(qiáng)度。激光器芯片將電激勵(lì)作為泵浦源，以半導(dǎo)體材料為增益介質(zhì)，通過(guò)諧振腔選模放大，進(jìn)而輸出激光，完成光電轉(zhuǎn)換。

2）激光器芯片分類(lèi)：諧振腔制造工藝差異，適用不同場(chǎng)景

按照諧振腔制造工藝差異，激光器光芯片可分為邊發(fā)射激光器芯片（EEL）與面發(fā) 射激光器芯片（VCSEL）兩類(lèi)。EEL 在芯片兩側(cè)鍍光學(xué)膜形成諧振腔，光子經(jīng)諧振腔選模放大后，將沿平行于襯底表面的方向形成激光；VCSEL 在芯片上下兩面鍍光學(xué)膜形成諧振腔，由于諧振腔與襯底垂直，光子經(jīng)選模放大后將垂直于芯片表面形成激光。EEL 與 VCSEL 各具優(yōu)勢(shì)，EEL 的輸出功率、電光轉(zhuǎn)化效率更高，而 VCSEL 具有閾值電流低、單波長(zhǎng)工作穩(wěn)定、可高效調(diào)制、易二維集成、無(wú)腔面閾值損傷、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。

EEL 進(jìn)一步分為 FP/DFB/EML 三類(lèi)，應(yīng)用場(chǎng)景相異。FP、DFB 為獨(dú)立器件，通過(guò) 控制電流的有無(wú)來(lái)調(diào)制信息輸出激光，故被稱(chēng)為直接調(diào)制激光器芯片（DML）。在 DML 中，F(xiàn)P 激光器誕生較早，主要用于低速率短距離傳輸；DFB 在 FP 激光器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，采用光柵濾光器件實(shí)現(xiàn)單縱模輸出，主要用于高速中長(zhǎng)距離傳輸。DML 通過(guò)調(diào) 制注入電流來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制，然而注入電流的大小會(huì)改變激光器有源區(qū)的折射率，造成波長(zhǎng)漂移（啁啾）從而產(chǎn)生色散，限制了傳輸距離；同時(shí)，DML 帶寬有限，調(diào)制電流大時(shí)激光器容易飽和，難以實(shí)現(xiàn)較高的消光比。電吸收調(diào)制激光器芯片（EML）較好地緩解了啁啾色散問(wèn)題，它由 EAM 電吸收調(diào)制器與 DFB 激光器集成而來(lái)，信號(hào)傳輸質(zhì)量高，易實(shí)現(xiàn)高速率長(zhǎng)距離的傳輸，不過(guò)價(jià) 格與能耗相對(duì)較高。

3）激光器芯片材料：三五族化合物為主流，光學(xué)特性較硅更優(yōu)

三五族化合物泛指由元素周期表的三族與五族元素構(gòu)成的合金化合物，種類(lèi)豐富，如砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、砷化銦鎵（InGaAs），根據(jù)所含元素種類(lèi)數(shù)又可分為二元化合物如 InP，三元化合物如 1?，四元及更高化合物等。硅是目前工業(yè)中最主要的半導(dǎo)體材料，廣泛用于集成電路，但在光電器件領(lǐng)域，三五族化合物卻因具有更好的光學(xué)特性而更為重要。三五族化合物具有直接帶隙，進(jìn)而電子在高低能級(jí)間躍遷時(shí)效率更高，進(jìn)而使芯片輸出激光的效率更高。帶隙是電子從低能級(jí)（價(jià)帶）躍遷高能級(jí)（導(dǎo)帶）所需吸收的最小能量，對(duì)應(yīng)的是價(jià)帶頂部與能帶底部的能量差距。直接帶隙是指在能量-波矢圖中，元素電子的價(jià)帶底與導(dǎo)帶頂對(duì)應(yīng)的波矢相同，反之，若二者波矢有異，則稱(chēng)為間接帶隙。

對(duì)于直接帶隙結(jié)構(gòu)，電子在價(jià)帶與導(dǎo)帶間的躍遷只需滿(mǎn)足能量守恒；對(duì)于間接帶隙結(jié)構(gòu)，由于價(jià)帶頂與導(dǎo)帶底的波矢不同，需在水平方向施加動(dòng)量方可使電子完成躍遷，也即：電子躍遷過(guò)程涉及聲子的吸收與發(fā)射——一方面，由低向高能級(jí)的躍遷必須要有聲子參與，這導(dǎo)致躍遷發(fā)生的概率降低，間接帶隙結(jié)構(gòu)發(fā)生電子躍遷的概率約為直接間隙結(jié)構(gòu)的 1/1000；另一方面，躍遷釋放的大部分能量會(huì)轉(zhuǎn)換為聲子而非光子。此二因素決定了直接間隙結(jié)構(gòu)中電子在高低能級(jí)間的躍遷效率更高。如前所述，對(duì)于激光器芯片而言，輸出激光的關(guān)鍵在于“半導(dǎo)體中的電子吸收能量，由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷—電子由不穩(wěn)定的高能級(jí)回落至低能級(jí)，在這一過(guò)程中以光子形式釋放能量”，可見(jiàn)，電子躍遷的效率是激光輸出效率的本源，故直接帶隙結(jié)構(gòu)的半導(dǎo) 體更適用于制作激光器芯片。三五族化合物大都為直接間隙半導(dǎo)體材料，如 GaAs、GaN、 InP 等，少部分三五族化合物如 GaP 及 Ge、Si 則屬于間接帶隙結(jié)構(gòu)，這是 GaAs、InP 等三五族化合物在激光器芯片制備中應(yīng)用普遍的基礎(chǔ)。

三五族化合物可形成三元及以上化合物作為外延材料，通過(guò)調(diào)整各組分元素的比例, 可獲得期望的激光輸出波長(zhǎng)，滿(mǎn)足多樣化的場(chǎng)景需求。激光器芯片輸出的激光源于從導(dǎo) 帶層回落至價(jià)帶層時(shí)釋放的光子，故激光的波長(zhǎng)主要由釋放光子的波長(zhǎng)決定，而光子的波長(zhǎng)與光子的頻率進(jìn)而光子的能量成反比，故輸出激光的波長(zhǎng)將主要由“電子由導(dǎo)帶底回落至價(jià)帶頂釋放的能量大小”決定，即半導(dǎo)體材料的帶隙。對(duì)于 Si、Ge 而言，除電子躍遷效率較低外，它們?yōu)閱我徊牧?，帶隙固定，故只能發(fā)出單一波長(zhǎng)的光；對(duì)三五族化合物而言，單個(gè)化合物的帶隙同樣固定，但它們可按照不同比例進(jìn)行混合，形成不同的三元及以上化合物，由此可得多種帶隙。需指出，光芯片的襯底通常還是二元化合物，三元及以上化合物一般作為從襯底上生長(zhǎng)出的外延材料。

三五族化合物中，InP 與 GaAs 兩類(lèi)材料在激光器光芯片襯底中居于主流。GaAs 是目前研究得最成熟、生產(chǎn)量最大的化合物半導(dǎo)體材料，具有電子遷移率高、禁帶寬度大等優(yōu)點(diǎn)，適合于制造高頻、高速的器件與電路；InP 則具有高電光轉(zhuǎn)換效率與高電子遷移率、抗輻射等品質(zhì)，二者各具優(yōu)勢(shì)。前述 VCSEL 面發(fā)射激光器芯片主要以 GaAs 材料為襯底，而 FP、DFB、EML 三類(lèi)邊發(fā)射激光器芯片主要以 InP 材料為襯底。

1.1.3. 探測(cè)器芯片

1）工作原理：依托光電效應(yīng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)

探測(cè)器芯片又稱(chēng)光電二極管(PD)，通過(guò)光電效應(yīng)識(shí)別光信號(hào)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。光電效應(yīng)是指在光照下，材料中的電子吸收光子的能量，若吸收的能量超過(guò)材料的逸出功，電子將逸出材料形成光電子，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)帶正電的空穴。光電二極管工作時(shí)，在其雙極加上反向電壓——無(wú)光照射時(shí)，由于二極管反向高電阻的特性，電路中只存在很小的反向電流；有光照射時(shí)，由光電效應(yīng)產(chǎn)生的空穴將前往外接電壓的負(fù)極，光電子前往外接電壓的正極，從而增大二極管中的反向電流，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的探測(cè)。

2）典型探測(cè)器芯片：PIN、APD、SPAD 應(yīng)用最廣泛，靈敏度漸增

PIN 光電二極管（PIN-PD）、APD（雪崩光電二極管）、SPAD（單光子雪崩二極管）的使用最為廣泛，三者靈敏度逐次提升。傳統(tǒng)的 PN-PD 二極管的基礎(chǔ)部件是 PN 結(jié)，P 層由 P 型材料構(gòu)成，空穴居多（帶正電），N 層由 N 型材料構(gòu)成，電子居多（帶負(fù)電），當(dāng) PN 結(jié)受到光照時(shí)即可產(chǎn)生光電效應(yīng)。PIN-PD 則是在 P 層與 N 層間引入了 I 層——I 層為摻雜有極少量 P 型材料或 N 型材料的純凈本征半導(dǎo)體構(gòu)成。相較傳統(tǒng)的 PN-PD，當(dāng)施加反向電壓時(shí)，I 層將為 PIN-PD 提供更寬的耗盡區(qū)，從而提高光電轉(zhuǎn)化的效率。

APD 在 PIN 基礎(chǔ)上增添了高摻雜的 P+與 N+層，該結(jié)構(gòu)容易發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)。APD 在較高的反向電壓下工作，吸收了光子形成的自由電子與空穴能被加速，進(jìn)而能獲得更多能量，與晶格碰撞產(chǎn)生一對(duì)新的電子-空穴對(duì)，連鎖反應(yīng)，使光電流陡增——此即雪崩倍增效應(yīng)，從而帶來(lái)電流增益，提高了光電二極管的響應(yīng)度與信噪比，主要運(yùn)用在長(zhǎng)距離或光功率受其他限制而較小的光纖通信系統(tǒng)。

SPAD 在高于擊穿電壓的反向電壓下工作，這一狀態(tài)高度不穩(wěn)定，單個(gè)光子即可引發(fā)大量的電子-空穴對(duì)雪崩進(jìn)而產(chǎn)生電流，理論上可實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè)。由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，當(dāng)給 SPAD 施加高于擊穿態(tài)的偏置電壓時(shí)，二極管將處于亞穩(wěn)態(tài)，信號(hào)放大作用很大，甚至只探測(cè)到單光子也會(huì)引起雪崩效應(yīng)進(jìn)而出現(xiàn)電流脈沖。

3）探測(cè)器芯片襯底：Si/Ge/InGaAs 占主流

探測(cè)器光芯片材料的選擇以材料光譜響應(yīng)特性為基礎(chǔ)，Si/Ge/InGaAs 占據(jù)主流。光譜響應(yīng)特性是指保持入射光強(qiáng)度不變的情況下，不同波長(zhǎng)的光照射材料產(chǎn)生的光電流與入射光波長(zhǎng)之間的關(guān)系，可以用響應(yīng)度刻畫(huà)一種光芯片材料面對(duì)各種波長(zhǎng)入射光時(shí)的工作效率——響應(yīng)度越高，材料對(duì)該種波長(zhǎng)的檢測(cè)就越靈敏。當(dāng)前激光器芯片工作波長(zhǎng)以 800nm-1600nm 居多，Si、Ge、InGaAs 材料在探測(cè)器中占據(jù)主流，且由三種材料的光譜響應(yīng)曲線(xiàn)來(lái)看，Si 材料適用于 800-1000nm 波長(zhǎng)的光探測(cè)，Ge、InGaAs 適用于對(duì) 1000- 1600nm 波長(zhǎng)的光探測(cè)中。

1.2. 產(chǎn)業(yè)鏈：襯底價(jià)值量大，外延為核心

1.2.1. 光芯片制造：工藝復(fù)雜，外延為核心，IDM 模式為主流

相較邏輯芯片，光芯片生產(chǎn)各工藝綜合性更強(qiáng)，龍頭廠(chǎng)商多采用 IDM 經(jīng)營(yíng)模式。對(duì)于邏輯芯片廠(chǎng)商，新進(jìn)入的企業(yè)多采用 Fabless 模式，以此減少大規(guī)模資本投入，從而將更多資源集中投入電路優(yōu)化、版圖設(shè)計(jì)等研發(fā)環(huán)節(jié)。對(duì)于光芯片行業(yè)，廠(chǎng)商多采用 IDM 模式，主要因?yàn)楣怆娮悠骷裱厣に?，器件價(jià)值提升不完全依靠尺寸的縮小，而有賴(lài)于功能的增加。而特色工藝所需能力更加綜合，包括工藝、產(chǎn)品、服務(wù)、平臺(tái)等多個(gè)維度。IDM 模式使各環(huán)節(jié)相互配合，綜合提升芯片性能，更靈敏回應(yīng)客戶(hù)需求。光芯片制造工藝流程繁多，晶體外延環(huán)節(jié)最關(guān)鍵。光芯片的工藝流程可分為外延結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)、晶圓制造（晶圓外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)、光柵制作、波導(dǎo)光刻與金屬化制程）、芯片加工和測(cè)試（解理鍍膜、自動(dòng)化芯片測(cè)試、芯片高頻測(cè)試、可靠性測(cè)試驗(yàn)證）三大部分。

外延為光芯片生產(chǎn)最主要和技術(shù)門(mén)檻最高環(huán)節(jié)，難點(diǎn)源自工藝壁壘及時(shí)間投入壁壘。就外延工藝上而言，通過(guò) MOCVD 進(jìn)行精準(zhǔn)的半導(dǎo)體材料精準(zhǔn)堆疊控制時(shí)，尤其是在有源區(qū)中，常要求多層堆疊的結(jié)構(gòu)每層厚度在 10 納米以下級(jí)別，做到對(duì)這一厚度水平的均勻精準(zhǔn)控制是一大壁壘。從基礎(chǔ)性時(shí)間投入而言，外延開(kāi)發(fā)需廠(chǎng)商投入大量時(shí)間調(diào)試機(jī)臺(tái)條件參數(shù)，國(guó)內(nèi)企業(yè)在這一領(lǐng)域大都仍處于基本工積累階段。外延工藝海外公司較為成熟，國(guó)內(nèi)外差距較大，國(guó)產(chǎn)加速追趕。海外領(lǐng)先光芯片公司可自行完成芯片設(shè)計(jì)、晶圓外延等關(guān)鍵工序，能量產(chǎn) 25G 及以上速率光芯片。國(guó)內(nèi)廠(chǎng) 商普遍具有除晶圓外延環(huán)節(jié)外的后端加工能力，而在外延這一核心技術(shù)領(lǐng)域并不成熟，需向國(guó)際廠(chǎng)商采購(gòu)高端外延片。我國(guó) 25G 激光器芯片僅少部分廠(chǎng)商實(shí)現(xiàn)批量供貨，25G 以上速率激光器芯片大部分廠(chǎng)商尚處研發(fā)或小規(guī)模試產(chǎn)階段。

1.2.2. 光芯片上游：襯底為核心原材料，海外廠(chǎng)商仍為主導(dǎo)

襯底為光芯片核心原材料，成本占比最高、對(duì)芯片品質(zhì)影響力最大。光芯片所需原材料包括襯底、金靶與特殊氣體等。從成本看，根據(jù)源杰科技招股書(shū)，襯底在光芯片原材料成本中的占比往往高于 30%，其供需將在較大程度影響光芯片制造廠(chǎng)商的生產(chǎn)成本。從對(duì)芯片品質(zhì)影響力來(lái)看，襯底材料一方面決定了激光器芯片發(fā)射光的波長(zhǎng)，另一方面決定探測(cè)器芯片對(duì)入射光的響應(yīng)度，且核心工藝——外延生長(zhǎng)將在襯底材料上完成，故襯底材料的品質(zhì)將在很大程度上影響光芯片的參數(shù)與可靠性。

襯底供應(yīng)以海外廠(chǎng)商為主，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商替代率逐步提升。由于襯底對(duì)光芯片品質(zhì)影響較大，光芯片廠(chǎng)商傾向于向海外廠(chǎng)商采購(gòu)襯底，如住友電工。與此同時(shí)，海外領(lǐng)先的襯底公司也提供外延生長(zhǎng)等業(yè)務(wù)，故而受到國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商青睞。但近年國(guó)內(nèi)襯底廠(chǎng)商逐步提升襯底品質(zhì)，優(yōu)化襯底制造技術(shù)，憑借其性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)受到越來(lái)越多國(guó)內(nèi)光芯片制造企業(yè)的青睞。根據(jù)源杰科技招股書(shū)，2018-2020 年其采購(gòu)襯底的單價(jià)從 785.69 元/片持續(xù)下降至 2020 年的 754.57 元/片，一大重要原因即是增大了國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商在襯底采購(gòu)中的占比。

1.2.3. 光芯片下游：光模塊應(yīng)用廣泛

光芯片經(jīng)加工封裝后得到光器件/光模塊，集成程度提升，單位價(jià)值量升高。光芯片經(jīng)加工后形成激光器、探測(cè)器產(chǎn)品，同時(shí)可與其余電子器件、無(wú)源器件結(jié)合，封裝形成光發(fā)射組件（TOSA）與光接收組件（ROSA），進(jìn)一步加工形成光模塊。封裝為光模塊后，一個(gè)光模塊具備多個(gè)通道，進(jìn)而可搭載多個(gè)光芯片，由此使一個(gè)光模塊的信息傳遞速率將為光芯片信息傳輸速率的若干倍，更貼合下游客戶(hù)的需求。

得益于優(yōu)良特性，光芯片下游應(yīng)用廣泛。由于信號(hào)傳輸速率快、損耗小且穩(wěn)定性高，光纖通信在電信與數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中已不可或缺，而其基礎(chǔ)正是光芯片。與此同時(shí)，得益于激光波長(zhǎng)集中、能量高的特點(diǎn)，光芯片被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)制造、醫(yī)療、消費(fèi)、汽車(chē)電子等領(lǐng)域。當(dāng)前，光通信與消費(fèi)電子是光芯片主要的應(yīng)用下游，而隨著智能駕駛的普及，以激光雷達(dá)為主要產(chǎn)品的汽車(chē)電子將迎來(lái)需求的迅猛增長(zhǎng)。

1.3. 產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)：光子替代電子大勢(shì)所趨

1）光通信領(lǐng)域：“光進(jìn)銅退”趨勢(shì)延續(xù)

“光進(jìn)銅退”主要是指實(shí)現(xiàn)以“窄帶+銅纜”為主網(wǎng)絡(luò)向以“寬帶+光纖”的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn) 變的模式，本質(zhì)是光纖寬帶設(shè)備端口不斷下移、不斷靠近用戶(hù)的建設(shè)思想。對(duì)比銅纜，光纖具有明顯的優(yōu)勢(shì)：頻帶寬，信息容載量更大；最大傳輸距離更遠(yuǎn)；原材料（石英,SiO2）資源豐富；光纜纖芯直徑比銅纜更??；損耗低，中繼距離遠(yuǎn)；光纖為非金屬材料，不受電磁及頻道干擾；傳輸保密性能更好?！肮膺M(jìn)銅退”成為網(wǎng)絡(luò)升級(jí)下的大勢(shì)所趨。

隨著國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷升級(jí)，“光進(jìn)銅退”成為重要的戰(zhàn)略發(fā)展方向：（1）2000-2010 年以來(lái)，國(guó)內(nèi)上網(wǎng)以銅線(xiàn)為主，ADSL 是當(dāng)時(shí)主流的上網(wǎng)方式，在該時(shí)期還短暫出現(xiàn)過(guò) VDSL 技術(shù)，網(wǎng)速已經(jīng)達(dá)到 10Mbps。提高基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率是這一時(shí)期的重點(diǎn)，到 2009 年，我國(guó)網(wǎng)民人數(shù)已有 3.84 億，寬帶普及率達(dá) 98.3%。（2）2011-2015 年，F(xiàn)TTH 開(kāi)始滲透，2013 年 8 月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《“寬帶中國(guó)”戰(zhàn) 略及實(shí)施方案》，首次在國(guó)家層面明確寬帶網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)略性公共基礎(chǔ)設(shè)施地位。受益于“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略，該時(shí)期是“光進(jìn)銅退”發(fā)展最快的階段，光纖光纜滲透率在這一時(shí)期得到明顯提升。2015 年底，國(guó)內(nèi) FTTH 用戶(hù)數(shù)達(dá) 1.2 億戶(hù)，F(xiàn)TTH/O 滲透率達(dá) 59.3%。（3）2016 年以來(lái)，“光進(jìn)銅退”趨勢(shì)依然在不斷演進(jìn)，光纖接入已步入成熟階段， FTTH/O 對(duì) xDSL 的替代已基本完成。2021 年底，我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入端口達(dá) 10.2 億個(gè)，F(xiàn)TTH/O 用戶(hù)達(dá) 5.06 億戶(hù)，滲透率為 94.3%。

2）光傳感領(lǐng)域：硅光芯片+FMCW 技術(shù)路線(xiàn)賦能車(chē)規(guī)市場(chǎng)

硅光的高度集成性和超高兼容性非常契合激光雷達(dá)的制造需求，硅材料的價(jià)格優(yōu)勢(shì) 和集成工藝有助于降低激光雷達(dá)成本。全球范圍內(nèi)，Aeva、Mobileye 以及 Aurora（收購(gòu)Blackmore）是三家硅光芯片+FMCW 技術(shù)路線(xiàn)的激光雷達(dá)代表企業(yè)，Mobileye 在 2021 年宣布將自主研發(fā)硅光 FMCW 技術(shù)路線(xiàn)，Aeva 已于今年年初發(fā)布首款汽車(chē)級(jí) 4D 激光雷達(dá)傳感器。而在中國(guó)市場(chǎng)，洛微科技已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)品化和驗(yàn)證階段，2021 年初，洛微科技發(fā)布了第二代 FMCW SoC 芯片，為實(shí)現(xiàn)硅光 FMCW 4D 激光雷達(dá)產(chǎn)品提供了核心技術(shù)。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，硅光芯片有望持續(xù)賦能汽車(chē)自動(dòng)駕駛，帶動(dòng)激光雷達(dá)產(chǎn) 品的性能提升和成本優(yōu)化。此外，光能夠照射到組織和血管上以監(jiān)測(cè)、檢測(cè)和量化生物標(biāo)記，因此光子學(xué)還能夠賦能無(wú)創(chuàng)醫(yī)療監(jiān)測(cè)解決方案，用于小尺寸醫(yī)療設(shè)備和消費(fèi)電子市場(chǎng)的可穿戴設(shè)備。

3）光計(jì)算領(lǐng)域：看好硅光計(jì)算長(zhǎng)期替代

在計(jì)算領(lǐng)域，據(jù) OpenAI 統(tǒng)計(jì)，自 2012 年起，每 3-4 個(gè)月人工智能算力需求就會(huì)翻倍，電子芯片的發(fā)展已日趨逼近摩爾定律極限，難以滿(mǎn)足高性能計(jì)算不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)吞吐需求。而硅光芯片用光子替代電子進(jìn)行傳輸，可以承載更多信息、傳輸更遠(yuǎn)距離，同時(shí)光子彼此間干擾少，能夠提供相較于電子芯片高兩個(gè)數(shù)量級(jí)的計(jì)算密度和低兩個(gè)數(shù)量級(jí)的能耗，能夠作為突破傳統(tǒng)微電子計(jì)算極限的解決方案。因而，從趨勢(shì)上看，以硅光芯片為基礎(chǔ)的光計(jì)算有望持續(xù)取代電子芯片在部分計(jì)算場(chǎng)景中的應(yīng)用。

目前，光計(jì)算的相關(guān)研究仍然處于初期階段，解決方案和系統(tǒng)架構(gòu)仍然在探索中。如何將光計(jì)算融合到現(xiàn)有的通用計(jì)算中，并且更好地將光計(jì)算芯片化、集成化，是未來(lái) 的研究方向，實(shí)現(xiàn)成熟的光計(jì)算技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈仍需時(shí)日。當(dāng)前，Intel、IBM 等巨頭以及 MIT、UCSB 等機(jī)構(gòu)都在積極開(kāi)發(fā)大規(guī)模光子集成芯片，國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)出曦智科技、光子算數(shù)等行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)。隨著硅基光子學(xué)技術(shù)的不斷成熟，光計(jì)算的優(yōu)勢(shì)將逐步彰顯。

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