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2026-05-08 7
光芯片：中美的下一个技术赛点？"十四五规划"和3440亿基金加持！
十大品牌
2026年05月08日 00:39 5
admin
AI大模型竞争的背后，有一个隐秘的焦点——光芯片。许多人仅关注到逻辑芯片的算力与存储芯片的带宽，却忽视了另一个制约AI产业进步的关键因素：光芯片的速率。
它直接决定了整个AI基建的通信效率，也是接下来中美技术竞争的关键领域。
光芯片究竟是什么？目前尚无标准定义，广义上可将所有处理光信号的器件称为光芯片。从产业发展看，其核心方向集中在光通信、光传感与光计算领域。
日常生活中，光纤宽带是最基础的应用场景；此外，5G通信、手机3D人脸识别、车载激光雷达等，均是光芯片的重要应用场景。
由于通信领域是光芯片最大的市场，也是其他场景的技术源头，我们从光通信视角展开分析。
从光通信链路看，光芯片分为有源芯片与无源芯片两大类。有源芯片包括激光器、探测器、调制器等，负责电光/光电转换，是信息的“翻译官”。
无源芯片包括隔离器、分路器、开关等，负责光信号的传导、分流与过滤，承担“交通指挥”职责。
这些芯片进一步封装为光发射组件与光接收组件，最终与电芯片、结构件等集成，形成光模块。如图所示，这是典型的光模块结构。
光模块结构
要深入理解光芯片，需从材料入手。在光通信市场，三五族化合物是核心衬底材料，各类光器件均基于此类材料加工而成。
其中最常见的是磷化铟与砷化镓：前者可用于制造无源器件、激光器、调制器、探测器与光放大器；后者应用范围略窄，通常不包含探测器。
例如，FP、DFB、EML等激光器，以及PIN、APD等探测器多由磷化铟制成；因iPhone 3D人脸识别被熟知的VCSEL，则基于砷化镓制造。
这些名词无需深究，本质上均是基于三五族化合物的光芯片技术。
需注意，探测器芯片的材料不仅限于磷化铟，硅基材料同样重要；调制器在传统光通信行业一般不单独存在（如EML为集成调制，DFB为直接调制），是否独立使用需结合具体场景。
实际上，光通信行业真正的核心技术壁垒集中在激光器与探测器。
相较于逻辑芯片，这两类芯片的生产工艺综合性更强，龙头厂商普遍采用IDM模式（设计与生产一体化），与逻辑芯片行业常见的Fabless（无厂设计）、Foundry（代工厂）分工模式差异显著。
行业最核心的技术壁垒源于外延片生长——即在衬底材料上沉积一层单晶薄膜，通过控制生长条件调节其电学、化学与物理特性，进而制作芯片中的电路器件。
在光芯片领域，三五族化合物不仅高规格衬底材料存在门槛，其外延生长更是难度最高的生产环节。
由于光芯片涉及的技术原理（如量子结构、掺杂控制等）对缺陷率要求极为严苛，且相较于硅基体系，三五族化合物加工需涉及更复杂的材料体系与设备（如前驱体气体、MOCVD设备）。
长期以来，中国在高端光芯片外延片领域严重依赖进口，主要差距体现在高端设备、工艺经验与衬底工艺上。
当然，与集成电路类似，近年来随着投入加大，中国中低端光芯片已实现较高国产化率，但高端芯片仍需突破。
速率是光芯片最核心的评价指标：当前中国在2.5G、10G、25G速率光芯片上已实现突破，但25G以上速率市场国产化率仍偏低——50G国产化率约10%，100G约5%，200G几乎完全依赖进口
（注：此处指单通道速率，400G、800G、1.6T等为多通道模块速率，因光模块可集成多个通道，总速率可大幅提升）。
目前，光芯片高端市场仍由西方企业主导，主要厂商包括美国Lumentum、Coherent、博通及日本三菱电机等。但随着AI爆发，除传统光模块市场外，硅光芯片领域正高速成长。
硅光芯片基于硅基材料打造，因硅基成本低且兼容CMOS工艺，可充分利用制程优势提升速率、缩小体积，近年渗透率加速提升。
在数据中心场景（数据中心间、机架间、服务器节点间、芯片间甚至芯片内部），“光进铜退”集成趋势加速，而大模型PB级的数据迁移需求，使高速率光芯片成为AI发展的关键瓶颈——硅光芯片正是其中的核心技术。
硅光模块真正商业化始于2010年前后。此前，传统光模块市场已高度成熟，主要基于三五族化合物体系制造。
这类光芯片需与外部电子驱动耦合，存在模块体积大、信号损耗高、加工复杂、成本高等问题，因此业界开始探索基于硅基材料与CMOS工艺的硅光芯片。
硅光芯片一方面可直接制作调制器、探测器、波导等有源/无源组件；另一方面，依托CMOS优势，可将电子与光子部分紧密集成。
但长期以来，硅光芯片发展受限于激光器——硅材料发光效率低，难以直接作为光源，因此硅光芯片需外挂激光器（多基于三五族化合物制造，因其光源特性优异且难以替代）。
尽管当前外挂光源仍是主流，但集成光源技术正快速推进，重点方向包括混合集成与单片集成：
- 混合集成指硅光芯片中激光器、调制器等采用不同衬底材料，通过混合键合技术实现异质集成；
- 单片集成则是在硅片上直接生长异质衬底，目前主要处于学术研究阶段。
在AI大模型驱动下，硅光技术迎来史无前例的风口。要实现数万至百万级GPU算力芯片互联，需借助硅光芯片完成数据传输与路由。
其中，“光电共封装” 技术是关键——通过2.5D或3D封装技术将光子器件与电子芯片紧密堆叠，缩短信号传输距离，降低延迟与功耗。
2025年，英伟达推出SpectrumX和Quantum X硅光网络交换机，取代了此前铜缆与可插拔光模块设计，进一步应用硅光芯片与光电共封装技术，对解决百万级GPU扩展时的能耗与带宽瓶颈意义重大。
传统硅光巨头、创业公司均加大研发投入；中国企业如中际旭创、华工科技、海信宽带等，也已进入1.6T模块速率认证或出货阶段。一个由AI大模型驱动的新兴市场已全面崛起。
最后需强调，AI浪潮将为中国光芯片产业带来强劲助推，是实现技术超车的重要机遇。中国正大规模建设万卡集群，算力基建如火如荼——这不仅推动了电信市场扩张，更带动了数据中心光通信需求。
在“十四五”规划与“新基建”中，光子技术被列为AI算力、6G通信、量子计算的核心组件；2024年启动的3440亿元国家集成电路产业投资基金，亦覆盖光芯片全链条。
当前市场需求旺盛、政策补贴到位，光芯片产业上升趋势显著。近两年，湖北九峰山实验室在铌酸锂等下一代光芯片领域已取得多项世界领先突破。
与此同时，美国也实现了铌酸锂与硅CMOS的集成，推动其从功率电子向光子集成迈出关键一步，QCI更在美国建立首个铌酸锂晶圆厂。围绕光芯片的未来科技战，已然打响。
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