【訊石觀察】硅光子2.0階段 芯片工藝與流片平臺(tái)成為關(guān)鍵

  ICC訊 AI大模型參數(shù)規(guī)模發(fā)展，對(duì)計(jì)算資源的需求呈現(xiàn)出爆炸性增長(zhǎng)。業(yè)界積極開(kāi)發(fā)超節(jié)點(diǎn)方案來(lái)滿足AI集群縱向擴(kuò)展（Scale-up）和橫向拓展（Scale-out）互連，以滿足AI大模型訓(xùn)練和推理不斷增長(zhǎng)的計(jì)算需求。AI超節(jié)點(diǎn)互連市場(chǎng)推動(dòng)了智算中心400G、800G以及1.6T需求增長(zhǎng)。市場(chǎng)普遍認(rèn)為，400G和800G伴隨著AI算力集群部署，在2023年和2025年達(dá)到高峰，而1.6T公認(rèn)將于2026年上半年起量。

  硅光子技術(shù) — 上升的當(dāng)前、明確的未來(lái)

  根據(jù)花旗銀行預(yù)測(cè)，2025年400G、800G和1.6T光模塊需求量分別達(dá)達(dá)到1500萬(wàn)、2200-2500萬(wàn)只和250萬(wàn)只。到2026年，400G將下降至600萬(wàn)只，800G將增長(zhǎng)至4500萬(wàn)只，而1.6T繼續(xù)上升到800萬(wàn)只。400G以上高速光模塊市場(chǎng)的旺盛需求，使得硅光子（SiPh）技術(shù)迎來(lái)大規(guī)模商用?；诠韫饧尚酒墓韫饽K在400G、800G速率節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了大批量出貨。據(jù)ICC訊石了解，硅光集成方案在可插拔光模塊市場(chǎng)份額顯著提升，其中800G光模塊市場(chǎng)份額已經(jīng)接近50%，400G光模塊市場(chǎng)約為20%-30%，這些硅光模塊率先部署于AI智算和數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景。

  同時(shí)，CPO（共封裝光學(xué)）是硅光子技術(shù)未來(lái)的市場(chǎng)推動(dòng)力。隨著博通發(fā)布200G/lane速率的第三代CPO（共封裝光學(xué)），以及英偉達(dá)在GTC亮相1.6Tb/s硅光引擎CPO光交換機(jī)。Yole預(yù)測(cè)CPO市場(chǎng)規(guī)模將從2024年4600萬(wàn)美元爆發(fā)至2030年81億美元(CAGR 137%)，意味著硅光子技術(shù)未來(lái)的發(fā)展獲得了前所未有的驅(qū)動(dòng)力。據(jù)了解，博通第三代CPO旨在實(shí)現(xiàn)與銅互連相當(dāng)?shù)目煽啃院湍苄?。該技術(shù)支持超512節(jié)點(diǎn)的縱向擴(kuò)展集群，可應(yīng)對(duì)下一代基礎(chǔ)模型參數(shù)規(guī)模擴(kuò)大帶來(lái)的帶寬、功耗和延遲挑戰(zhàn)。而英偉達(dá)光子學(xué)團(tuán)隊(duì)攜手產(chǎn)業(yè)伙伴推動(dòng)CPO聯(lián)合創(chuàng)新，包括首款采用微環(huán)調(diào)制器（MRM）1.6T硅光CPO芯片，首個(gè)采用TSMC制程3D堆疊硅光子引擎，搭載高輸出功率激光器和直連光纖連接器。

  隨著AI熱潮推動(dòng)高性能計(jì)算(HPC)需求，硅光子和CPO有望突破摩爾定律的局限，成為未來(lái)HPC和AI應(yīng)用的突破性技術(shù)平臺(tái)。硅光子將電子和光子通過(guò)先進(jìn)封裝集成到同一芯片中，信號(hào)可以通過(guò)光波導(dǎo)傳輸。在硅芯片中集成光波導(dǎo)元件可以同時(shí)處理電信號(hào)和光信號(hào)，不但能夠成倍提高處理器內(nèi)核之間的數(shù)據(jù)傳輸速度，而且可以縮小芯片尺寸，降低功耗和生產(chǎn)成本。

  可以認(rèn)為，無(wú)論是當(dāng)下傳統(tǒng)的可插拔光模塊市場(chǎng)，還是未來(lái)CPO，硅光子芯片商用前景都呈現(xiàn)處令人矚目的發(fā)展趨勢(shì)。

  硅光子2.0 — 芯片制造和特色工藝

  ICC訊石認(rèn)為，全球硅光子行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入2.0階段。在1.0階段，光通信行業(yè)重點(diǎn)聚焦EML激光器和分立器件，與硅光集成技術(shù)的對(duì)比，業(yè)界在帶寬調(diào)制性能升級(jí)、單片可靠性和成本效益方面，對(duì)硅光子技術(shù)在光模塊應(yīng)用進(jìn)行了反復(fù)驗(yàn)證，其中英特爾在100G硅光模塊發(fā)貨量已經(jīng)超過(guò)800萬(wàn)只，成為硅光行業(yè)的先驅(qū)。2024年英特爾1.6T硅光引擎通過(guò)Jabil 1.6T光模塊推向市場(chǎng)，2025年英偉達(dá)推出基于1.6T硅光引擎的CPO交換機(jī)，計(jì)劃于下半年商用，表明硅光子技術(shù)伴隨光通信速率提升，正在被更多光通信客戶接受和部署。

硅光產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D（來(lái)源：Yole）

  來(lái)到400G/800G時(shí)代，硅光子技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步成為現(xiàn)實(shí)，以Coherent高意（菲尼薩）、新易盛、旭創(chuàng)、光迅、華工、海信、云暉、Mellanox、Acacia、Source、Jabil（Intel）等可插拔光模塊公司為代表，硅光集成方案在這些廠商光模塊發(fā)貨量中不斷提高。硅光子芯片的核心優(yōu)勢(shì)之一，是兼容CMOS微電子芯片平臺(tái)實(shí)現(xiàn)大批量制造。因此，ICC訊石認(rèn)為，在硅光子2.0階段，各大晶圓制造與硅光子芯片代工的硅光流片平臺(tái)的獨(dú)特工藝、規(guī)模量產(chǎn)和定制開(kāi)發(fā)成為光通信和硅光芯片公司的迫切需求和痛點(diǎn)。對(duì)于硅光芯片從業(yè)者來(lái)說(shuō)，利用芯片設(shè)計(jì)、EDA工具、芯片制造、芯片封測(cè)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分工，可以充分將其有限資金運(yùn)用在芯片開(kāi)發(fā)和版本迭代上，具有契合工藝、可靠良率、規(guī)模效益的硅光芯片制造平臺(tái)是硅光芯片設(shè)計(jì)客戶的迫切需求。

  在ICC訊石看來(lái)，硅光子2.0階段的一個(gè)關(guān)鍵里程碑是臺(tái)積電進(jìn)入硅光芯片制造領(lǐng)域。在SEMICON TAIWAN 2024上，由臺(tái)積電和日月光牽頭，聯(lián)合30多家臺(tái)灣廠商成立SEMI矽光子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。在硅光子和CPO方面，臺(tái)積電實(shí)現(xiàn)CPO與先進(jìn)半導(dǎo)體封裝技術(shù)的集成。通過(guò)與博通合作，在3nm工藝完成CPO微環(huán)調(diào)制器(MRM)的制備，表示2025年初交付樣品，下半年量產(chǎn)1.6T光器件。為應(yīng)對(duì) AI 熱潮帶來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸量激增需求，臺(tái)積電基于Compact Universal Photonic Engine (COUPE)硅光產(chǎn)品有望在2025年量產(chǎn)。COUPE采用SoIC-X芯片堆疊技術(shù)，將電子芯片堆疊在光子芯片之上，從而降低芯片間連接的阻抗并提高能源效率，其效果優(yōu)于傳統(tǒng)堆疊方法。臺(tái)積電計(jì)劃在2025年在小型可插拔器件上驗(yàn)證COUPE，隨后在2026 年將其以CPO形式集成到 CoWoS 封裝中，將光學(xué)連接直接引入芯片封裝中。與第一代相比，此版本的COUPE 將支持高達(dá) 6.40 T的數(shù)據(jù)傳輸速率，且延遲更低。

TSMC COUPE光引擎

  GlobalFoundries在硅光子方面，其FotonixTM新平臺(tái)可以在單芯片上單片集成高性能射頻、數(shù)字 CMOS 和硅光子電路，同時(shí)還充分發(fā)揮300mm晶圓生產(chǎn)的規(guī)模、效率和嚴(yán)格的工藝控制。GlobalFoundries還宣布在紐約晶圓工廠內(nèi)打造一個(gè)全新的先進(jìn)封裝和測(cè)試中心，該中心具有差異化硅光子平臺(tái)的先進(jìn)封裝、組裝和測(cè)試，將光學(xué)和電氣元件集成在單個(gè)芯片上，以實(shí)現(xiàn)功率效率和性能優(yōu)勢(shì)。

  Tower Semiconductor開(kāi)發(fā)出300mm硅光子晶圓，可為光模塊提供成本和性能優(yōu)勢(shì)。該公司宣布2025上半年實(shí)現(xiàn)了硅光產(chǎn)品量產(chǎn)規(guī)模同比5倍的增長(zhǎng)，并超過(guò)了2024年全年總量，印證了其平臺(tái)成熟度、客戶采納率及運(yùn)營(yíng)擴(kuò)展效率的提升。硅光子產(chǎn)品收入預(yù)計(jì)較2024年的1.05億美元將翻倍，下半年增速或超預(yù)期。到2026年下半年，硅光子產(chǎn)能將達(dá)2025年Q4目標(biāo)水平的2.2倍。目前，Tower硅光子芯片平臺(tái)與業(yè)內(nèi)光模塊大廠深度合作。

Tower表示光模塊應(yīng)用硅光產(chǎn)品（晶圓）高速增長(zhǎng)

  新加坡知名硅光子芯片代工廠Advanced Micro Foundry（AMF）推出最新的工藝開(kāi)發(fā)套件SiPhab 4.5 PDK，配備了鑄造統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）、可靠性驗(yàn)證和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)人員的資格認(rèn)證流程。這種一致性和可靠性的保證確保了AMF硅光子解決方案的更順利部署。SiPhab 4.5為設(shè)計(jì)者提供了一系列不同的高速器件，能夠?yàn)?00G和1.6T應(yīng)用創(chuàng)建200G/通道設(shè)計(jì)。在這些器件中，最新的40GHz差分調(diào)制器脫穎而出。

  據(jù)ICC訊石與硅光芯片產(chǎn)業(yè)交流了解，在當(dāng)前全球硅光芯片代工領(lǐng)域，以GlobalFoundries、Tower Semiconductor、Intel、AMF、TSMC、ST、中芯國(guó)際等芯片制造商（foundry）為主，TSMC、GlobalFoundries、Intel和ST等可以提供商用12寸硅光平臺(tái)。全球知名的晶圓制造商在硅光芯片代工方面的技術(shù)布局和量產(chǎn)規(guī)模，有效支撐了硅光子芯片和光模塊公司的交付和出貨。此外，硅光子2.0階段不僅關(guān)注硅光子芯片的大規(guī)模制造，一些專注于特殊材料集成工藝的硅光流片平臺(tái)也值得業(yè)界所需，特別是面向傳感應(yīng)用。例如，甬江實(shí)驗(yàn)室微納器件平臺(tái)打造面向CPO應(yīng)用異質(zhì)異構(gòu)集成工藝，LIGHENTEC在氮化硅材料方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為特殊材料硅光芯片的小規(guī)模流片提供定制服務(wù)，此外IMEC、CUMEC、中科微光子、群發(fā)光芯、南智光電等硅光平臺(tái)值得關(guān)注。

  總結(jié)：IFOC 2025聚焦硅光子2.0核心

  AI算力集群超節(jié)點(diǎn)的部署，使得低能耗、低時(shí)延和高密度的光互連成為業(yè)界發(fā)展的核心方向，推動(dòng)了可插拔光模塊規(guī)模部署和CPO商用前景。在市場(chǎng)趨勢(shì)上，硅光子技術(shù)進(jìn)入了2.0新階段，與以往不同，硅光業(yè)界對(duì)于規(guī)模化、定制化、多樣化的硅光子芯片工藝和流片平臺(tái)的需求更為迫切，以支撐硅光產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)商用量產(chǎn)。

  以光通信和激光雷達(dá)市場(chǎng)為代表，硅光子開(kāi)發(fā)和流片工藝對(duì)器件模塊，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的影響正在不斷提升。為更好了解當(dāng)前硅光子產(chǎn)業(yè)界工藝平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)，由ICC訊石舉辦的IFOC 2025第23屆訊石光通信大會(huì)講全面關(guān)注AI算力CPO、硅光芯片、硅光工藝以及硅光制造等硅光領(lǐng)域核心話題，邀請(qǐng)了國(guó)內(nèi)外從事硅光研發(fā)設(shè)計(jì)、硅光流片工藝以及芯片封測(cè)領(lǐng)域的知名專家出席，包括博通、NV、AMF、騰訊、Marvell、海光芯創(chuàng)、SiPhi、甬江實(shí)驗(yàn)室、群發(fā)光芯、易纜微半導(dǎo)體和云天半導(dǎo)體等在硅光子、CPO與先進(jìn)封裝和異質(zhì)集成領(lǐng)域有獨(dú)特技術(shù)、工藝的代表廠商，獲得您所關(guān)心的硅光子領(lǐng)域前沿趨勢(shì)，歡迎關(guān)注與報(bào)名參加會(huì)議！

  關(guān)于IFOC 2025

  會(huì)議名稱：IFOC 2025 第23屆訊石光通信大會(huì)

  會(huì)議主題：跨界融合·智算未來(lái)

  時(shí)間地點(diǎn)：2025年9月8-9日 深圳

  IFOC 2025大會(huì)前瞻：AI算力互聯(lián)超節(jié)點(diǎn)如何改變光通信產(chǎn)業(yè)