無錫光子芯片聯(lián)合研究中心是無錫市和上海交通大學(xué)于2022年7月聯(lián)合共建的、以企業(yè)化方式運(yùn)作的事業(yè)單位。依托上海交通大學(xué)的科技和人才優(yōu)勢(shì)，通過建設(shè)國際領(lǐng)先的高端光子芯片中試平臺(tái)，互補(bǔ)和替代硅基光芯片的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和市場(chǎng)規(guī)模。

繼高達(dá)65億歐元部署之后 光子芯片再迎荷蘭11億歐元投資

當(dāng)前光子芯片發(fā)展正處在類似于當(dāng)年大規(guī)模集成電路發(fā)展初期的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，即將迎來產(chǎn)業(yè)的一次大爆發(fā)。近十年來，隨著摩爾定律瀕臨極限，歐美發(fā)達(dá)國家圍繞光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展紛紛進(jìn)行了系統(tǒng)的部署和行動(dòng)。

近日，荷蘭集成光子學(xué)生態(tài)聯(lián)盟PhotonDelta宣布獲得11億歐元（約合人民幣76億元）用于投資開展為期6年的光子集成電路項(xiàng)目，旨在召集200家初創(chuàng)公司、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、進(jìn)一步開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加速光子芯片技術(shù)創(chuàng)新，以保持荷蘭在下一代半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

值得一提的是，早在六個(gè)月前，作為全國人均GDP第一、集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模第二的城市無錫就已有所布局。2021年11月，無錫市濱湖區(qū)、蠡園開發(fā)區(qū)與上海交通大學(xué)共同成立了無錫光子芯片聯(lián)合研究中心。在光子芯片驅(qū)動(dòng)新一代信息技術(shù)變革的大背景下，集光子芯片前沿應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化于一體的我國首個(gè)光子芯片中試線應(yīng)運(yùn)而生。

據(jù)悉，聯(lián)合研究中心光子芯片中試平臺(tái)總投資4億元人民幣，建設(shè)以鈮酸鋰薄膜（LNOI）及三維光子芯片工藝研發(fā)和迭代為核心，融入傳統(tǒng)CMOS工藝，研發(fā)出能夠快速迭代的高端光子芯片工藝技術(shù)，預(yù)計(jì)18個(gè)月后可實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

跨越摩爾定律的光子芯片產(chǎn)業(yè)

全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐步進(jìn)入「后摩爾時(shí)代」，電子芯片的發(fā)展已經(jīng)趨近物理極限，算力如何持續(xù)提升是全球面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。而在「后摩爾時(shí)代」的潛在顛覆性技術(shù)中，光子芯片正不斷地被提及。量子計(jì)算被認(rèn)為是突破摩爾定律的有效途徑之一，具有內(nèi)稟的高維度的并行計(jì)算特性。除了傳統(tǒng)的高性能計(jì)算外，光子芯片也將是未來 AI 計(jì)算的硬件架構(gòu)，并且是未來量子計(jì)算的候選方案之一。

電子芯片是利用電子來生成、處理和傳輸信息的，光子芯片則是利用光子來生成、處理、傳輸并顯示信息的。與電子相比，光子作為信息載體具有先天的優(yōu)勢(shì)：超高速度、超強(qiáng)的并行性、超高帶寬、超低延遲、超低損耗。

信息時(shí)代的基礎(chǔ)設(shè)施是電子芯片，人工智能時(shí)代將更多地依托光子芯片。光子芯片是未來新一代信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施和核心支撐。光子芯片，也稱為光子集成電路（PIC），將光子功能集成到微芯片中，以創(chuàng)建更小、更快和更節(jié)能的設(shè)備。

光子芯片可以比其電子對(duì)應(yīng)物更有效地處理和傳輸數(shù)據(jù)。沿用成熟的CMOS半導(dǎo)體工藝，采用自動(dòng)化的芯片制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光子芯片批量生產(chǎn)，從而降低成本。更為重要的是，光子芯片有望幫助全球解決能源可持續(xù)性問題。目前，光子芯片應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心和電信行業(yè)，以降低每比特的能源消耗并提高其運(yùn)行速度。到2027年，數(shù)據(jù)中心和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的電力消耗預(yù)計(jì)將占全球電力消耗的10%左右，而光子芯片提供一種有效的節(jié)能方式來限制對(duì)氣候的影響。

此外，全世界的科學(xué)家都在尋找新的計(jì)算體系和架構(gòu)來突破算力瓶頸，提高算力的根本性對(duì)策在于提高運(yùn)算速度和降低運(yùn)算功耗，而光學(xué)將能讓計(jì)算機(jī)芯片設(shè)計(jì)師克服電子學(xué)的根本局限。光子芯片將是未來科技發(fā)展的基礎(chǔ)性核心技術(shù)，在量子計(jì)算、人工智能、生物制藥、光通信、光互連、光存儲(chǔ)、成像顯示、碳中和、元宇宙等領(lǐng)域具有極重大應(yīng)用前景。

全球紛紛布局 搶灘萬億市場(chǎng)

當(dāng)前光子芯片發(fā)展正處于類似于當(dāng)年大規(guī)模集成電路發(fā)展初期的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，即將迎來產(chǎn)業(yè)的一次大爆發(fā)。有消息顯示，華為戰(zhàn)略研究院認(rèn)為，光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景巨大，光子核心組件市場(chǎng)價(jià)值不低于3200億美元（約合人民幣超20萬億元），未來還將撬動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造2.6萬億美元（約合人民幣超16萬億元）產(chǎn)值。

近十年來，隨著摩爾定律瀕臨極限，歐美發(fā)達(dá)國家圍繞光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展紛紛進(jìn)行了系統(tǒng)的部署和行動(dòng)。

據(jù)悉，歐盟此前推動(dòng)的光子集成技術(shù)項(xiàng)目——地平線2020計(jì)劃，累計(jì)已投入64.7億歐元（約合人民幣近500億元），發(fā)布光子發(fā)展路線圖。而美國則在1991年就建立了美國光電子產(chǎn)業(yè)振興會(huì)（OIDA）。

近日，荷蘭集成光子學(xué)生態(tài)聯(lián)盟PhotonDelta宣布獲得11億歐元（約合人民幣76億元）用于投資開展為期6年的光子集成電路項(xiàng)目，旨在召集200家初創(chuàng)公司、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、進(jìn)一步開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加速光子芯片技術(shù)創(chuàng)新，以保持荷蘭在下一代半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。來自荷蘭經(jīng)濟(jì)事務(wù)和氣候政策部和其他組織的這筆資金將通過推動(dòng)光子芯片技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，解決諸如可持續(xù)性等社會(huì)挑戰(zhàn)，創(chuàng)造一個(gè)新的歐洲產(chǎn)業(yè)，并為包括量子計(jì)算在內(nèi)的大量新應(yīng)用打開大門。

該投資主要來自荷蘭國家增長基金（Nationaal Groeifonds）及其它合作伙伴和利益相關(guān)者。其遠(yuǎn)期目標(biāo)是到2030年，建立一個(gè)擁有數(shù)百家公司并具備年產(chǎn)量超10萬片的芯片生產(chǎn)能力的生態(tài)聯(lián)盟共同為全球客戶提供服務(wù)。

換道超車 國內(nèi)提前布局光子芯片中試線

目前世界各國均未在光子芯片領(lǐng)域形成絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，全球光子芯片現(xiàn)階段研發(fā)處于同一起跑線，光子芯片也將成為中國在集成電路領(lǐng)域「換道超車」的重要機(jī)遇。在國內(nèi)，無錫、上海、北京已相繼啟動(dòng)光子芯片中試線平臺(tái)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。

值得一提的是，作為全國人均GDP第一、集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模第二的城市無錫，早在去年11月，無錫市濱湖區(qū)、蠡園開發(fā)區(qū)與上海交通大學(xué)共同成立了無錫光子芯片聯(lián)合研究中心。在光子芯片驅(qū)動(dòng)新一代信息技術(shù)變革的大背景下，集光子芯片前沿應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化于一體的我國首個(gè)光子芯片中試線應(yīng)運(yùn)而生。

聯(lián)合研究中心光子芯片中試線平臺(tái)一期投資4億元人民幣，建設(shè)以鈮酸鋰薄膜（LNOI）及三維光子芯片工藝研發(fā)和迭代為核心，融入傳統(tǒng)CMOS工藝，研發(fā)出能夠快速迭代的高端光子芯片工藝技術(shù)，預(yù)計(jì)18個(gè)月后可實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

聯(lián)合研究中心將以高端光子集成芯片的研發(fā)為核心，聚焦量子計(jì)算、光學(xué)人工智能和光通信前沿技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，推動(dòng)光量子計(jì)算機(jī)、大規(guī)模高速可重構(gòu)光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片、三維光互聯(lián)芯片、超高速光調(diào)制器和高精密飛秒激光直寫機(jī)等產(chǎn)品市場(chǎng)替代和變革性技術(shù)在無錫市濱湖區(qū)進(jìn)行落地轉(zhuǎn)化。

聯(lián)合研究中心主任、上海交通大學(xué)金賢敏教授表示，將圍繞光子芯片中試線平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施和研發(fā)支撐，打造「光子芯谷」，一個(gè)以光子芯片為核心底層技術(shù)，驅(qū)動(dòng)面向醫(yī)藥、金融、人工智能科技賦能的量子計(jì)算與智能產(chǎn)業(yè)集群；驅(qū)動(dòng)面向光通信、光互連、光存儲(chǔ)、成像顯示、碳中和、元宇宙等變革性應(yīng)用的新一代光子科技產(chǎn)業(yè)集群。