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

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

隨著全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入“后摩爾時代”，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方案。以硅光技術和薄膜鈮酸鋰光子技術為代表的集成光電技術是應對此瓶頸問題的顛覆性技術。與鈮酸鋰類似，中國與瑞士合作團隊研究證明單晶鉭酸鋰薄膜同樣具有優(yōu)異的電光轉換特性，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現(xiàn)低成本和規(guī)?；圃?，具有極高應用價值。

論文共同通訊作者、中國科學院上海微系統(tǒng)所歐欣研究員表示，研究團隊采用基于“萬能離子刀”的異質集成技術，通過氫離子注入結合晶圓鍵合的方法，制備了高質量硅基鉭酸鋰單晶薄膜異質晶圓，隨后進一步聯(lián)合開發(fā)出超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法。結合晶圓級流片工藝，研究團隊探索發(fā)現(xiàn)，鉭酸鋰光子芯片不僅展現(xiàn)出與鈮酸鋰薄膜相當?shù)碾姽庹{制效率，同時兼具片上實現(xiàn)孤子光學頻率梳的獨特屬性，有望在激光雷達、精密測量等方面實現(xiàn)應用。

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、強電光調制、弱雙折射、更強的抗光折變特性，這些先天材料優(yōu)勢極大擴展了鉭酸鋰平臺的光學設計自由度。

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

什么是光子芯片？

光子芯片，這一被譽為未來信息技術領域的顛覆性技術，同志們記住重點“顛覆性技術”！光子芯片是一種基于光子學的集成電路，將光子器件集成在芯片上，實現(xiàn)了光電子集成。近日在我國科學家手中取得了重大突破。這一成果的誕生，不僅標志著我國在光子芯片研究領域邁出了關鍵一步，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，被認為是下一代計算機、通信和人工智能領域的核心技術。隨著全球信息技術的快速發(fā)展，光子芯片的出現(xiàn)將極大地推動整個科技產(chǎn)業(yè)的進步。


光子芯片在我國的應用前景

對于我國科學家在光子芯片材料研究上的突破，也是源于團隊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，我國科學家成功掌握了該材料的大規(guī)模制造技術，為光子芯片的廣泛應用奠定了基礎。這里也要畫重點那就是【大規(guī)?！浚熬胺浅Ｖ档闷诖?！

新材料的特性使其在光子芯片領域具有廣泛的應用前景。

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

（2）新材料的高集成度意味著光子芯片可以實現(xiàn)更高的集成度，進一步縮小設備體積，提高設備性能。

（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，有助于實現(xiàn)綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

因為光子芯片還處于未被規(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)科研體系的進展流程來分析，我國科學家肯定還在繼續(xù)優(yōu)化新材料的性能不斷地迭代更新，以實現(xiàn)更高質量的光子芯片。


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值更高，進一步推高了BOM成本。

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

光芯片產(chǎn)能的擴張并不容易。 需要核心設備MOCVD，從設備到貨到調試完成至少需要一年的時間。 因此，該機構預測，到2024年，行業(yè)光芯片供應將非常緊張。同時，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，國內廠商正在積極研發(fā)和部署100G/200G EML技術，以加速響應市場需求。

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代。AI大模型的訓練和推理應用需要海量并行數(shù)據(jù)計算，對AI數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡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)展和應用。根據(jù)調研機構Dell'Oro發(fā)布的最新報告，到2027年，20%的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)中心交換機端口將用于連接支持人工智能(AI)任務的加速服務器。此外，新興的生成式人工智能應用的發(fā)展，將進一步推動數(shù)據(jù)中心交換機市場取得增長，預計未來5年該市場的累計銷售額將超過1000億美元。

政策面上也是利好不斷。國家在《第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》及2021年國務院《政府工作報告》中，明確提出“系統(tǒng)布局新型基礎設施，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”。

國盛證券研報顯示，當前通信技術迭代速度正被大幅度壓縮至1.5年甚至1年，技術領先且與客戶合作緊密的頭部廠商優(yōu)勢被進一步放大，伴隨高端需求的持續(xù)放量以及技術迭代速度的提升，預計行業(yè)格局或將向頭部廠商進一步集中。隨著市場空間被AI進一步打開，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實在在的業(yè)績增長和利潤貢獻。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)取得進展，產(chǎn)品競爭力不斷提升，客戶結構進一步優(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年第一季度實現(xiàn)營收11.13億元，同比增長85.41%，實現(xiàn)歸母凈利潤3.25億元，同比增長200.96%。

天孚通信是業(yè)界領先的光器件整體解決方案提供商和先進光學封裝制造服務商，2024年第一季度公司實現(xiàn)營業(yè)收入7.32億元，同比增長154.95%；實現(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人工智能技術的發(fā)展和算力需求的增加，全球數(shù)據(jù)中心建設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，公司實現(xiàn)營收48.43億元，同比增長163.59%，實現(xiàn)歸母凈利潤10.09億元，同比增長303.84%，實現(xiàn)扣非歸母凈利潤9.90億元，同比增長325.73%。同時，得益于800G/400G等高端產(chǎn)品出貨比重的提升、產(chǎn)品結構不斷優(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%。