产业丨光芯片 新突破

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前言：

算力爆炸的时代，光就是电的未来。

当AI大模型训练对网络带宽的需求迈入Tb/s级别，当5G向6G演进催生太赫兹通信探索，作为光通信系统[心脏]的光芯片，正迎来技术突破的密集爆发期。

作者| 方文三

图片来源 |网 络

全球光芯片领域近期密集突破

近日，德国IHP研究所团队在Nature Communications发表最新研究成果，正式推出全球首个单片集成的硅锗光子平台，一举打破传统硅光子学的带宽限制。

这一平台的核心亮点的在于，实现了电吸收调制器（EAM）与鳍型光电二极管（PD）的单片集成，关键性能指标远超现有硅基平台。

该平台的20μm长电吸收调制器，外推3dB截止频率达到140GHz，40μm长调制器带宽也稳定在100GHz以上。

鳍式光电二极管的带宽更实现200GHz以上的突破，远超此前硅基平台调制器40-50GHz的带宽上限。

团队通过同一晶圆上集成的调制器与光电二极管构建完整收发链路，在1575nm波长下成功演示140Gbps NRZ信号传输，甚至在优化条件下实现160Gbit/s NRZ信号传输，且无需发射端预均衡。

整个平台基于200mm BiCMOS产线实现，完全兼容现有CMOS制造工艺，这意味着该技术具备快速量产的潜力，为成本下降奠定基础。

成功解决了传统工艺对低硅浓度控制不精准的问题，同时让器件从仅能在L波段工作拓展至C波段，大幅提升了实用价值。

这一工艺创新，不仅突破了材料层面的限制，更打通了硅光技术向高频宽应用延伸的关键堵点。

在高速传输领域，比利时Imec和美国NLM Photonics两大巨头，用硅基材料实现了每通道400 Gb/s以上的传输速率，打破了硅光无法支撑超高速应用的固有认知。

Imec的硅锗电吸收调制器，凭借300平方微米的紧凑尺寸，实现448 Gb/s的数据速率，且兼容标准CMOS制造工艺，可充分利用半导体产业的规模化优势。

NLM的硅-有机混合芯片则以1V以下的驱动电压，实现了比传统硅光子调制器高10-15倍的运行效率，芯片尺寸仅17平方毫米。

量子科技与精密测量领域，美国联合量子研究所（JQI）的新型光子芯片，实现了从单色光到三色光的稳定转换。

该芯片利用环形谐振器阵列，让光束在腔内循环数百万次，通过增强非线性相互作用，将190 THz的单色光转化为红、绿、蓝等2-4倍频光色。

与传统棱镜仅能分解光不同，它能生成全新频率的光，不仅节省体积能耗，更解决了特定频率缺乏对应激光器的难题，为量子计算、精密测量提供了关键支撑。

在探测技术上，上海科技大学陈佰乐教授团队研发的波导型修正型单行载流子光电探测器（MUTC-PD）。

同时实现206 GHz超宽带宽与0.81 A/W外部响应度，以133.5 GHz的带宽-效率乘积刷新世界纪录。

该器件不仅能支撑单通道800 Gbps光互连，还在无需低噪声放大器的情况下，完成150 GHz载波、120 Gbps速率、54米链路的太赫兹传输，为6G通信奠定关键基础。

集成度方面，上海理工大学顾敏院士团队的垂直集成光学图像处理器（OGPU），将光源、计算、探测模块压缩至可手持规模。

其核心是可寻址VCSEL阵列，配合相互非相干衍射神经网络，实现每秒2500万帧的超高速图像识别,处理1000张图片仅需40微秒，准确率最高达98.6%。

高精度成像领域，清华大学方璐教授团队的[玉衡]芯片堪称[黑科技]

这款仅2厘米×2厘米×0.5厘米的芯片，在400-1000纳米宽光谱范围内，实现亚埃米级光谱分辨率与千万像素级空间分辨率的快照成像。

它能在单次快照中同步获取全光谱与全空间信息，将分辨能力提升两个数量级，彻底解决了光谱分辨率与成像通量难以兼得的长期瓶颈。

在天文观测中，它每秒可获取近万颗恒星的完整光谱，有望将银河系恒星光谱巡天周期从数千年缩短至十年以内。

系统层面的创新同样令人振奋，清华大学团队构建了一个12.5 GHz的光学特征提取引擎。

利用集成衍射算子和片上数据准备模块实现了亚250 ps的矩阵矢量运算，解决了用于实时AI工作负载的电子处理器中存在的延迟瓶颈问题。

中国科学院上海光机所成功研制的[流星一号]，是一款超高并行光计算集成芯片。

其意义在于，它将光直接用于复杂的数学计算，而不仅仅是信号传输。

在这颗芯片上，并行度超过100的光信息交互与计算首次得到验证，理论峰值算力惊人，为低功耗、大算力的超级光子计算机带来了可能性。

重构千行百业的底层逻辑

光芯片的技术突破，正在从核心器件层面，重塑从算力基础设施到终端应用的全产业链。

其应用场景已从传统光通信，扩展到AI算力、6G通信、量子科技、智能传感等多个关键领域，成为名副其实的通用技术引擎。

①数据中心与AI算力：AI大模型的爆发式增长，让数据中心陷入[算力饥渴]与[能耗焦虑]的双重困境。

训练一个万亿参数模型，传统数据中心的耗电量可达数百万度，而光芯片的出现正改变这一现状。

2025年底，Alchip与Ayar Labs联合发布的光学子系统，基于台积电COUPE封装技术，将硅光芯片、电接口芯片与光学连接器整合，可为每个加速器提供100 Tb/s带宽。

这种光电融合的封装方案，正成为下一代AI算力中心的标配。

光芯片在数据中心的应用已经从可插拔光学器件向共封装光学架构演进。

星际通信是光芯片的另一个重要应用场景，例如SpaceX的星链，或中国版星链，卫星间需要高通量通信。

目前星间链路多为单通道或四通道，容量仅几十Gbps。

未来要支撑全球无缝连接，每颗卫星之间的通信能力必须提升到数百Gbps甚至Tbps级别，通道数也要从几个增加到上千个，只有光子芯片才能承载这样的通量密度。

②通信网络：光芯片正推动从光纤到家向光进芯片的跨越。

面向6G时代，太赫兹通信成为关键方向，而光芯片正是其核心支撑。

据预测，2026年全球硅光模块出货量将占光模块总出货量的50%以上，2029年市场规模将达103亿美元，5年CAGR高达45%。

光芯片作为光模块的核心,高端模块中价值占比达70%，将直接受益于通信网络的升级浪潮。

③特种应用：量子科技领域，光芯片的低损耗、高保真特性使其成为量子互联的理想载体。

2025年12月，北京量子信息科学研究院团队在硅基光子芯片上实现高速纠缠交换，速率达207次/小时，纠缠可见度稳定在90%以上，为实用化量子互联网提供了关键部件。

四川团队推出的全球首个氮化镓量子光源芯片，则为量子通信与AI算力融合提供了新路径。

智能传感领域，光电芯片正变得更灵敏、更小巧。

吉林大学与香港理工大学联合研发的超紧凑光热传感芯片，仅0.6平方毫米，可用于高精度气体检测。

全光谱宽带光电探测器的出现，能覆盖可见光到长波红外，简化了自动驾驶、工业检测的传感系统。

此外，在AR/VR、激光制造、天文观测等领域，光芯片的微型化、低功耗优势正在开启新市场。

缺口与壁垒下的国产突围

根据权威机构预测，2024年全球光通信芯片组市场规模约为35亿美元，预计到2030年将超过110亿美元，年复合增长率高达17%。

中国市场增长更为迅猛，2024年市场规模约为100-150亿元人民币，预计到2030年将达到650亿元人民币，年复合增长率超过30%。

在这一千亿赛道中，细分领域的技术突破与国产化替代，将催生大量行业新机会。

2026年，随着全球算力需求持续爆发，光芯片市场将迎来供需矛盾的集中爆发，也为中国企业提供了难得的突围窗口。

全球光芯片龙头Lumentum的2026财年Q1财报，揭示了市场的火爆与紧缺。

其营收5.338亿美元，同比增长58%；组件业务收入同比增长64%，毛利率达39.4%。

更关键的是，其磷化铟（InP）晶圆厂满负荷运转，订单能见度覆盖至2026-2027年，未来6-8个季度产能已全部售罄。

当前，EML芯片的总需求缺口达25%-30%，其中200G EML缺口最为严重，直接制约1.6T光模块量产。

100G EML缺口同样显著，影响800G模块交付，而这两类产品占Lumentum EML总出货量的80%以上。

CW激光器芯片也存在中等程度缺口，70mW产品已开始对外供货，100mW高功率版本预计2026年中量产。

从价值量来看，高端光模块400G/800G/1.6T中，光芯片占BOM成本的60%-70%，其中EML芯片占比超30%。

巨大的缺口与高价值量，为国产芯片厂商提供了切入供应链的契机，尤其是在技术门槛相对较低的CW激光器领域，国内企业已实现突破。

源杰科技的70mW CW产品已批量交付，100mW产品完成客户验证。

仕佳光子的CW激光器已获客户验证并小批量出货，50mW-200mW全系列产品已完成产能配置。

①产业基础设施突破：国内首条12寸硅光流片平台正式投入使用，打通了从科研到量产的产业化堵点。

6寸薄膜铌酸锂光子芯片晶圆成功下线，为800G/1.6T光模块提供了高性能材料支撑。

②细分领域突围：在技术门槛相对较低的CW激光器领域，国产厂商已具备批量交付能力。

随着良率提升至90%以上，有望在70mW、100mW产品上抢占更多市场份额。

在波分复用芯片、DFB激光器等领域，仕佳光子、长光华芯等企业已打破国外垄断，100G EML芯片实现量产出货，200G产品开始送样。

展望2026年，随着Lumentum在Q2逐步释放产能，EML芯片缺口将有所缓解，但200G EML和100mW CW激光器的缺口可能延续至2027年。

对于国内企业而言，短期内的机会集中在CW激光器、中低端EML芯片及硅光集成配套器件。

长期来看，构建自主可控的外延生长、腔面钝化等核心工艺能力，才是真正实现进口替代的关键。

结尾

从实验室里的精密器件，到数据中心的算力核心，再到终端设备的感知单元，光芯片的革命已远超[更快的网速]这一单一维度。

当光子取代电子成为信息处理的核心载体，一个低能耗、高算力、广连接的智能时代正在加速到来。

部分资料参考：爱光学：《光子芯片新突破：单色激光瞬间变成全彩光谱》，循光探仪：《清华大学"太极"光计算芯片的技术突破》，快粼光电 FastPhide：《光电探测器[带宽–效率]新纪录，AI光互连与6G通信核心光芯片迎重大突破》，中国光学：《垂直集成光芯片：每秒2500万帧图像处理》，景云鹏投资CapitalAl+：《2026「光芯片产业」趋势：硅光加速渗透下EML/CW缺口与国产IDM企业机遇》

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