本文來(lái)自微信公眾號(hào)“中國(guó)電子報(bào)”，【作者】楊鵬岳。
今年以來(lái)，“光芯片”相關(guān)概念的熱度持續(xù)升溫。近期，光芯片市場(chǎng)由于需求增長(zhǎng)迎來(lái)漲價(jià)潮；廣東省發(fā)布推動(dòng)光芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的行動(dòng)方案；全球科技企業(yè)頻頻對(duì)“光芯片”發(fā)出相關(guān)動(dòng)作和聲音……當(dāng)光芯片這把“火”越燒越旺，更多目光行業(yè)開(kāi)始搜尋其“爆火”的背后邏輯。
光芯片之“火”越燒越旺
10月21日，廣東省人民政府辦公廳發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)廣東省加快推動(dòng)光芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)方案（2024—2030年）的通知》（以下簡(jiǎn)稱《通知》）。《通知》指出，力爭(zhēng)到2030年取得10項(xiàng)以上光芯片領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)突破，打造10個(gè)以上“拳頭”產(chǎn)品，培育10家以上具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的一流領(lǐng)軍企業(yè)，建設(shè)10個(gè)左右國(guó)家和省級(jí)創(chuàng)新平臺(tái)，培育形成新的千億級(jí)產(chǎn)業(yè)集群，建設(shè)成為具有全球影響力的光芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地。
除了劍指“千億級(jí)”光芯片產(chǎn)業(yè)集群的廣東，我國(guó)多地也啟動(dòng)了在光芯片領(lǐng)域的布局。蘇州在高新區(qū)設(shè)立太湖光子中心，做大做強(qiáng)光芯片、光器件等細(xì)分領(lǐng)域，推動(dòng)光子產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展。據(jù)了解，光子產(chǎn)業(yè)被列入蘇州30條重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)鏈之一，現(xiàn)已落戶億元以上重點(diǎn)項(xiàng)目69個(gè)、高質(zhì)量科技項(xiàng)目134項(xiàng)，集聚光子領(lǐng)域企業(yè)超300家，形成了芯片材料-器件模組-集成裝備的整鏈條、多梯次發(fā)展方陣，年產(chǎn)值達(dá)720億元。此外，上海市將光量子芯片列入其五大未來(lái)產(chǎn)業(yè)中的“未來(lái)智能”。
一邊是各地積極布局光芯片產(chǎn)業(yè)，一邊是今年以來(lái)光芯片研發(fā)和應(yīng)用新進(jìn)展不斷。8月初，清華大學(xué)首創(chuàng)全前向智能光計(jì)算訓(xùn)練架構(gòu)，研制出“太極-Ⅱ”光芯片，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原位光訓(xùn)練，為人工智能（AI）大模型探索了光訓(xùn)練的新路徑。9月底，湖北九峰山實(shí)驗(yàn)室在硅光子集成領(lǐng)域取得新進(jìn)展，成功點(diǎn)亮集成到硅基芯片內(nèi)部的激光光源，這也是該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的首次成功實(shí)現(xiàn)。此外，由上海交通大學(xué)無(wú)錫光子芯片研究院建設(shè)國(guó)內(nèi)首條光子芯片中試線已正式啟用，標(biāo)志著光子芯片正式步入產(chǎn)業(yè)化快車(chē)道。
今年英特爾展示了尚處于技術(shù)原型階段的OCI（光學(xué)計(jì)算互連）芯粒
在各地方、各企業(yè)的積極布局與推動(dòng)下，“光芯片”熱度持續(xù)升溫。而放眼全球市場(chǎng)，在“光芯片”這條賽道上，英偉達(dá)、英特爾、博通、臺(tái)積電等眾多知名企業(yè)一直緊緊蹲守。
英特爾集成光子解決方案（IPS）部門(mén)于3月份在光纖通信大會(huì)（OFC）上展示了業(yè)界首款完全集成的光學(xué)計(jì)算互連（OCI）Chiplet芯粒，該芯粒與英特爾CPU封裝在一起，將過(guò)去通過(guò)銅線實(shí)現(xiàn)的電氣I/O接口傳輸數(shù)據(jù)，變成采用光學(xué)I/O解決方案，實(shí)現(xiàn)了高帶寬片上互連的突破。英偉達(dá)近期投資了利用硅光子技術(shù)支持下一代AI數(shù)據(jù)中心的初創(chuàng)公司Xscape Photonics，另有消息稱英偉達(dá)預(yù)計(jì)到2027年發(fā)布“Rubin Ultra”GPU計(jì)算引擎時(shí)有望為其GPU內(nèi)存綁定NVLink協(xié)議并提供光學(xué)互連。此外，臺(tái)積電推出了一種推出基于硅光子學(xué)的人工智能芯片封裝平臺(tái)，并在今年9月和日月光科技牽頭成立了硅光子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
AI時(shí)代的“芯寵兒”
被業(yè)界看上的光芯片有何“妙處”？
據(jù)了解，光芯片是以光為媒介，用電磁波來(lái)傳遞信息的芯片，也是實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)元器件。相比使用電子傳遞信息的一般意義上的芯片，用光傳遞信息的光子芯片，理論上信息傳輸速度更快，傳播距離更遠(yuǎn)，能量損耗更低。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，推動(dòng)光芯片發(fā)展的最大意義在于，其為半導(dǎo)體產(chǎn)品在后摩爾時(shí)代的性能提升打開(kāi)了新的路徑。
當(dāng)前，生成式大模型的龐大參數(shù)規(guī)模和迅速增加的使用量，使云端算力需求急劇攀升，對(duì)算力芯片和互聯(lián)技術(shù)的性能、功耗和成本要求無(wú)不在升級(jí)。然而，隨著傳統(tǒng)半導(dǎo)體制程工藝已經(jīng)逐漸逼近物理極限，摩爾定律腳步放緩，芯片在進(jìn)一步提升計(jì)算速度和降低功耗方面遭遇瓶頸。
“服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸正在不斷增加，當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施難堪重負(fù)。目前的解決方案正在迅速接近電氣I/O性能的實(shí)際極限。”英特爾硅光集成解決方案團(tuán)隊(duì)產(chǎn)品管理與戰(zhàn)略高級(jí)總監(jiān)Thomas Liljeberg表示。而英偉達(dá)創(chuàng)始人黃仁勛則多次公開(kāi)發(fā)表“摩爾定律已經(jīng)終結(jié)”的看法，他曾表示：“我們?cè)僖膊粫?huì)看到CPU和通用計(jì)算機(jī)的速度每年翻一番了，如果每十年能翻一番，那就算幸運(yùn)了。”
在摩爾定律放緩與人工智能時(shí)代到來(lái)之際，如何構(gòu)建新一代計(jì)算架構(gòu)，建立芯片“新”秩序？這成為國(guó)際高度關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)。在此之際，行業(yè)對(duì)光芯片的需求“呼之欲出”，光芯片技術(shù)被視為破局的關(guān)鍵。而這也是英特爾、英偉達(dá)、臺(tái)積電對(duì)光芯片領(lǐng)域保持高度興趣的根源。
洛微科技發(fā)布的全球首個(gè)單片全集成激光雷達(dá)硅光芯片
從技術(shù)視角來(lái)看，與“光芯片”相關(guān)的概念涉及多重含義，包括光通信、光計(jì)算、光量子等。業(yè)內(nèi)人士指出，廣義上的光芯片并不是前沿技術(shù)，例如用于光通信兩端的收發(fā)模塊都是光芯片，但這些都是不可編程的光學(xué)線性計(jì)算單元，而想要真正通過(guò)光來(lái)提升算力，可編程光芯片是關(guān)鍵。
業(yè)內(nèi)專家向記者表示，針對(duì)解決AI時(shí)代芯片性能和電力消耗制約問(wèn)題，目前發(fā)展“光芯片”主要有兩種思路。第一種是光芯片與傳統(tǒng)芯片的混合集成，傳統(tǒng)芯片作為單個(gè)的計(jì)算單元，光芯片則負(fù)責(zé)計(jì)算單元之間的高速通信橋梁，從而建立集群運(yùn)算，有效提高運(yùn)算速度，同時(shí)功耗的增加也在可接受范圍內(nèi)。二是設(shè)計(jì)制造光計(jì)算芯片，突破傳統(tǒng)的微電子處理器芯片性能瓶頸。
雖然被行業(yè)寄予厚望的光芯片熱度持續(xù)攀升，但業(yè)內(nèi)人士指出，光芯片未來(lái)發(fā)展還有很長(zhǎng)的路要走，在基礎(chǔ)研究上需要加大投入，在材料工藝等環(huán)節(jié)需要加快打通堵點(diǎn)，在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等更多方面也需要協(xié)同發(fā)力，攻克多道難關(guān)。
