光芯片，為何被看好？
作者：楊鵬岳 來源：中國電子報、電子信息產業網
今年以來，“光芯片”相關概念的熱度持續升溫。近期，光芯片市場由于需求增長迎來漲價潮；廣東省發布行動方案推動光芯片產業發展；全球科技企業頻頻對“光芯片”發出相關動作和聲音……當光芯片這把“火”越燒越旺，更多目光行業開始搜尋其“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布了《關于印發廣東省加快推動光芯片產業創新發展行動方案（2024—2030年）的通知》（以下簡稱“通知”）。《通知》指出，力爭到2030年取得10項以上光芯片領域關鍵核心技術突破，打造10個以上“拳頭”產品，培育10家以上具有國際競爭力的一流領軍企業，建設10個左右國家和省級創新平臺，培育形成新的千億級產業集群，建設成為具有全球影響力的光芯片產業創新高地。
除了劍指“千億級”光芯片產業集群的廣東，我國多地也啟動了在光芯片領域的布局。蘇州在高新區設立太湖光子中心，做大做強光芯片、光器件等細分領域，推動光子產業融合發展。據了解，光子產業被列入蘇州30條重點產業鏈之一，現已落戶億元以上重點項目69個、高質量科技項目134項，集聚光子領域企業超300家，形成了芯片材料-器件模組-集成裝備的整鏈條、多梯次發展方陣，年產值達720億元。此外，上海市將光量子芯片列入其五大未來產業中的“未來智能”。
一邊是各地積極布局光芯片產業，一邊是今年以來光芯片研發和應用新進展不斷。8月初，清華大學首創全前向智能光計算訓練架構，研制出“太極-Ⅱ”光芯片，實現了大規模神經網絡的原位光訓練，為人工智能（AI）大模型探索了光訓練的新路徑。9月底，湖北九峰山實驗室在硅光子集成領域取得新進展，成功點亮集成到硅基芯片內部的激光光源，這也是該項技術在國內的首次成功實現。此外，由上海交通大學無錫光子芯片研究院建設國內首條光子芯片中試線已正式啟用，標志著光子芯片正式步入產業化快車道。
在各地方、各企業的積極布局與推動下，“光芯片”熱度持續升溫。而放眼全球市場，在“光芯片”這條賽道上，英偉達、英特爾、博通、臺積電等眾多知名企業一直緊緊蹲守。
英特爾集成光子解決方案（IPS）部門于3月份在光纖通信大會（OFC）上展示了業界首款完全集成的光學計算互連（OCI）Chiplet芯粒，該芯粒與英特爾CPU封裝在一起，將過去通過銅線實現的電氣I/O接口傳輸數據，變成采用光學I/O解決方案，實現了高帶寬片上互連的突破。英偉達近期投資了利用硅光子技術支持下一代AI數據中心的初創公司Xscape Photonics，另有消息稱英偉達預計到2027年發布“Rubin Ultra” GPU計算引擎時有望為其GPU內存綁定NVLink協議并提供光學互連。此外，臺積電推出了一種推出基于硅光子學的人工智能芯片封裝平臺，并在今年9月和日月光科技牽頭成立了硅光子產業聯盟。
AI時代的“芯寵兒”
被業界看上的光芯片有何“妙處”？
據了解，光芯片是以光為媒介，用電磁波來傳遞信息的芯片，也是實現光電信號轉換的基礎元器件。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，能量損耗更低。業內人士認為，推動光芯片發展的最大意義在于，其為半導體產品在后摩爾時代的性能提升打開了新的路徑。
當前，生成式大模型的龐大參數規模和迅速增加的使用量，使云端算力需求急劇攀升，對算力芯片和互聯技術的性能、功耗和成本要求無不在升級。然而，隨著傳統半導體制程工藝已經逐漸逼近物理極限，摩爾定律腳步放緩，芯片在進一步提升計算速度和降低功耗方面遭遇瓶頸。
“服務器之間的數據傳輸正在不斷增加，當今的數據中心基礎設施難堪重負。目前的解決方案正在迅速接近電氣I/O性能的實際極限。”英特爾硅光集成解決方案團隊產品管理與戰略高級總監Thomas Liljeberg表示。而英偉達創始人黃仁勛則多次公開發表“摩爾定律已經終結”的看法，他曾表示：“我們再也不會看到CPU和通用計算機的速度每年翻一番了，如果每十年能翻一番，那就算幸運了。”
在摩爾定律放緩與人工智能時代到來之際，如何構建新一代計算架構，建立芯片“新”秩序？這成為國際高度關注的前沿熱點。在此之際，行業對光芯片的需求“呼之欲出”，光芯片技術被視為破局的關鍵。而這也是英特爾、英偉達、臺積電對光芯片領域保持高度興趣的根源。
從技術視角來看，與“光芯片”相關的概念涉及多重含義，包括光通信、光計算、光量子等。業內人士指出，廣義上的光芯片并不是前沿技術，例如用于光通訊兩端的收發模塊都是光芯片，但這些都是不可編程的光學線性計算單元，而想要真正通過光來提升算力，可編程光芯片是關鍵。
業內專家向記者表示，針對解決AI時代芯片性能和電力消耗制約問題，目前發展“光芯片”主要有兩種思路。第一種是光芯片與傳統芯片的混合集成，傳統芯片作為單個的計算單元，光芯片則負責計算單元之間的高速通信橋梁，從而建立集群運算，有效提高運算速度，同時功耗的增加也在可接受范圍內。二是設計制造光計算芯片，突破傳統的微電子處理器芯片性能瓶頸。
雖然被行業寄予厚望的光芯片熱度持續攀升，但業內人士指出，光芯片未來發展還有很長的路要走，在基礎研究上需要加大投入，在材料工藝等環節需要加快打通堵點，在產業化應用等更多方面也需要協同發力，攻克多道難關。
