天方夜谭I丝路 22-12-10 00:40
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从目前来看,芯片技术一只脚停留在过去,一只脚已经踏向未来!我们无从得知,什么样的产品与技术路径在未来会最终取得成功;但已经能看到改变的机会与超越的曙光,以及新潮水之方向……

随着集成电路微电子器件的进一步微缩化,电子芯片在提高算力的同时所面临的能耗和数据传输带宽等问题成为了难以逾越的障碍。光子芯片作为一种在数据运算与传输方面更具优势的集成技术,在后摩尔时代发出闪耀“光”芒。

与电子芯片利用电子作为信息载体不同,光子芯片是利用光子来生成、处理并传输信息。光子是一种玻色子,其静止质量为零,所以在信号传输的过程中由质量的惯性所带来的能量损耗较小,光子器件传输 1 比特信息所需要的能量仅为电子器件的千分之一。

同时,光子的信息容量比电子高出 3~4 个数量级,极高的信息密度与抗干扰能力是光子作为信息载体的先天优势。

光子芯片能够在信息传输的同时完成计算,在与成熟的硅基半导体加工工艺有机融合后,能够释放光子计算的无限潜力。

半导体集成电路需要将大量微电子原件(如晶体管、电阻、电容等)放在一块基板上,硅光芯片则利用硅的强大光路由能力,通过施加电压产生持续的激光束驱动硅光子原件,来实现光信息的传输、计算等功能。

硅基光电子芯片在微电子技术和光电子技术之间取长补短,既具有微电子尺寸小、成本低、集成度高等特点,又将光电子高带宽、高速率、多通道的优点发挥地淋漓尽致,实现了两种物理体系的高效整合。

另一方面,硅光芯片对于工艺制程的要求较低,45nm 或 65nm 的 CM­OS 工艺线即可满足现阶段光计算的绝大部分要求,这使得硅光芯片在制备流程上具备极高的性价比。

数字化的时代背景下,5G、人工智能、物联网等领域下游应用的兴起导致了数据量的井喷。立足于光子的传输速率和计算密度等优势,硅光芯片在信息传输与信息处理方面的作用逐渐凸显。

立足于光子的传输速率和计算密度等优势,硅光芯片在信息传输与信息处理方面的作用逐渐凸显。

在信息传输方面,数据中心内大规模的分布式计算使得服务器之间需要进行频繁的大量数据交换,数据的访问与搬运性能成为与计算性能一样重要的指标。

传统的高速光模块在通信网络设备成本中占比高达 50%-60%,其高昂的成本阻碍了数据传输速率的发展。而硅光芯片能够在较低的成本下,提供数据中心集群设备间、服务器与服务器间、甚至是芯片内部的超高速光互连。未来,硅光芯片将成为数据中心内超高带宽数据互联的标配。

在信息处理方面,硅光芯片具备相比电子芯片更快的矩阵运算速率。人工智能正在从“Mo­d­el Ce­n­t­r­ic”向“Da­ta Ce­n­t­r­ic”转变,基于海量数据的大模型背后,将会是硅光芯片大放异彩的赛场。

当下,硅光芯片仍然面临着产业链与工艺水平的制约,还未形成系统化的设计方法与标准化的制造工艺,光学器件的密度有待进一步的提升。并且光计算的精度低于电子芯片,限制了硅光芯片的应用场景。只有打通了设计、工艺、封装、产品等完整的产业链条,硅光芯片才能真正释放性能与成本的巨大潜力。http://t.cn/A6KaEpxe

硅光芯片的商业化是一个持续且漫长的过程。未来 3 年,硅光芯片的商业化产品将首先出现在对算力、延时和功耗有特定需求的应用场景,如量化交易、自动驾驶和大数据中心。

未来 10 年,随着技术的不断演进,光计算将会在硅光芯片和电子芯片长期互补共存的基础下走向大规模普及。 http://t.cn/A6XY9HN8

全球半导体分为四类,分别是集成电路、光电子、分立器件及传感器。光电子芯片对电子芯片是一种升级的关系,这种关系使两者存在多种形态的竞争,如果我国光电子芯片取得突破,必然会对全球芯片格局产生多方面的影响……

一是光电子芯片可在电子芯片性能遇到瓶颈的领域形成替代。

传统电子芯片的主要应用场景是在信息处理和计算领域。美国经过数十年的积累,在全球信息处理和计算领域拥有控制力,拥有英特尔、英伟达、高通、超微半导体等一大批全球处理器龙头企业。无论是电脑、电视、手机、汽车电子产品等底层芯片,还是基于芯片衍生的软件、操作系统等,美国都把控着全球消费电子的“命门”。随着经济社会发展对算力的需求持续增加,以及集成电路物理属性将达到极限限制,摩尔定律算力供给已经难以满足未来AI对算力的需求。过去10年,AI领域对算力的需求增长超过了30万倍,未来人类社会对算力的需求仍将继续增长,这将推动全球信息处理和计算领域的变革升级。光电子技术基于强大的物理属性上的优势,将接力集成电路技术路线,成为未来信息处理和计算的主流技术路线。

二是未来信息产业新增市场更多依靠光电子芯片,全球半导体内部格局将重塑。

信息时代的基础设施是电子芯片,人工智能时代将更多地依托光子芯片。2021年全球半导体市场规模为5560亿美元,其中集成电路市场规模为4630.02亿美元,占全球半导体市场规模的83.29%;光电子芯片市场规模为434.04亿美元,占全球半导体市场规模的7.81%。从当前全球半导体市场格局来看,集成电路在全球半导体市场中仍旧占据主导地位。但是用发展的眼光来看,随着人工智能、物联网、AR/VR、大数据中心等新兴产业的崛起,光计算、光传感、光显示、光存储等技术需求将迎来爆发式增长,如计算领域的AI光子计算芯片,传感领域的激光雷达、手机3D感测VC­S­EL芯片,存储领域的全息光存储,显示领域的AR光波导芯片等,都是智能时代的新增市场,只能用光电子芯片来解决。因此,光电子芯片在全球半导体市场中的占比势必将大幅提升,以光电子芯片为底层支撑的“消费光子”也将逐渐取代以集成电路为支撑的“消费电子”,成为全球信息产业的“主战场”,为一些国家创造“换道超车”机遇。

三是光电子芯片突破后,全球半导体竞争将形成相互制约的格局。

美国对全球信息产业的控制力和影响力,来源于其抓住了信息产业的底层技术——集成电路,掌握了芯片设计、研发、制造的核心能力,并由此带动下游产业发展,形成了从底层技术到芯片制造再到下游产业链的完整产业生态,由此构建了以美国为中心,逐渐向全球扩散的全球半导体格局。当前,在全球范围内,光电子芯片的核心技术壁垒还未形成。我国在光电子芯片应用场景上的优势,能够反向牵引我国光电子技术的持续迭代升级。我国有望在人工智能时代打造出以中国为中心,逐渐向全球扩散的光电子芯片格局,在新的赛道中占据主导地位。

附仕佳光子投资者交流会之实时纪要:

Q:公司DFB芯片产品的客户结构,以及产品应用场景?

A:公司DFB激光器芯片的客户主要是国内的主流设备商及光模块器件企业。主要应用于光纤宽带接入,部分10G DFB激光器芯片进入5G的应用。此外公司开发了几款针对新应用场景的DFB激光器芯片,主要应用场景有:1、硅光用的外置激光光源芯片与器件;2、激光雷达配套的光源,如作为光纤激光器的种子光源;3、传感领域,例如气体传感等。

Q:AWG芯片产品应用场景有哪些?公司未来在哪个场景中会有较大幅度增长?

A:AWG芯片系列产品的应用领域包括:1、电信市场,即应用于骨干网/城域网的DW­DM AWG芯片和模块;2、数据中心市场,即应用于数据中心的 100G/200G/400G的AWG芯片和组件;3、5G前传领域,目前公司已开发出了20个波长可循环型AWG芯片。公司正在开发L波段及超宽带AWG芯片,应用于DW­DM骨干及城域网,200G、400G相干光传输。在全球数据中心和骨干网建设需求持续推动下,公司将继续加大市场开拓力度,未来预计AWG芯片产品在电信市场和数据中心市场会有一定增长。

Q:公司涉及车载激光雷达产品的进展情况如何?

A:目前公司在汽车雷达上的产品主要是1550nm光纤激光器的种子光源,属于DFB脉冲激光,目前主要配合雷达厂商完善和修改产品。公司1550nm脉冲DFB芯片已经有部分出货给下游雷达客户。近期公司专门设立针对激光雷达项目推进小组,为加快激光雷达领域芯片、器件等产品的研发、业务拓展。

Q:公司在硅光产品方面有何进展?

A:公司一直密切关注硅光技术及产品应用,目前我们的4通道AWG芯片及组件已经批量配套国际主要硅光模块企业;我们开发的窄线宽激光器,也是配套无源的硅波导,进行外调制,结合增益芯片来实现的。下一步,将基于硅光做调频连续波应用上的探索,开发可调谐激光器。公司部分研发力量集中在硅光产品的配套元器件上,如400G/800G应用的平行光组件、CW光源器件、光纤阵列等配合硅光模块厂家实现产业应用。目前最大的硅光模块企业,以及前沿的硅光计算企业等我们都有合作,正配合他们完成最新一代产品的开发和量产。

Q:公司属于IDM类的制造厂商,有哪些竞争优势?

A:公司是一家集芯片设计、晶圆制造、芯片加工和封装测试的IDM全流程制造企业。IDM模式每一步都自主可控,体现了速度的优势,前后端协同配合,快速响应,大大提升了产品良率和客户响应能力。公司是全球少数拥有完整无源芯片和有源芯片全流程IDM能力的公司,公司持续加大无源和有源集成化芯片的研发力度,并与下游客户紧密合作,拓展光电子集成芯片。已开发出PLC光分路器芯片、AWG芯片及DFB激光器芯片,广泛应用于千兆光纤接入、骨干网及数据中心建设等领域。

Q:美国对中国半导体的限制禁令,对公司有何影响?

A:公司一直致力于自主可控和国产替代的芯片技术和产品研制,目前公司受美国半导体限制禁令的影响较小。长远看,美国禁令会加速推进芯片国产化替代的进程,由于存在国产替代的市场需求,对公司芯片产品带来更大的发展机遇。

Q:请您展望明年10G DFB芯片的市场前景?明年下游同比今年会有一个什么样的变化趋势?

A:预期明年千兆入户FT­TR会加快布局,对10G DFB激光器芯片会有拉动。随着明年5G建设进一步启动,也会带来DFB激光器芯片的需求。

发布于 浙江