业界对光子芯片寄予厚望，其在数据中心中扮演着举足轻重的角色，尤其在高带宽和高能效的数据传输方面。目前，随着人工智能、云计算和物联网设备的普及，对于高效数据处理的需求也与日俱增，光子芯片的研发落地也愈发紧迫。
9月25日，我国在光子芯片上迎来关键性突破，上海交通大学无锡光子芯片研究院建设的国内首条光子芯片中试线，宣布正式启用。另外今年早些时候，清华团队发布AI光芯片“太极-Ⅱ”和“太极-I”，济南在全球率先研制成功12英寸铌酸锂晶体，我国中科院开发出可批量制造的新型“光学硅”芯片等等，都预示着光子芯片正式步入产业化快车道，将突破计算范式限制，为大规模智算带来新的想象空间，一个属于光子的辉煌时代即将开启。
光子芯片为何备受青睐？
当下以大模型为代表的生成式人工智能席卷全球，算力竞争进一步加剧。行业测算数据显示，AI训练所需算力每三个半月翻一倍，而摩尔定律下的晶体管数量每18个月才翻一倍，算力供需“剪刀差”持续拉大，量子计算成为共识解决方案。
目前量子计算主要有超导、离子阱及光量子三条技术路线，行业多方持续看好光量子路径。行业人士表示，主要是因为实现通用量子计算机有三个前提——百万量子比特的操纵能力、低环境要求、高集成度，光量子是目前能满足这三个条件的最佳路径。光量子芯片又分为光子芯片和量子芯片，其中量子芯片值得一提的就是今年1月发布的中国第三代自主超导量子芯片——“悟空芯”(夸父 KF C72-300)。
光子芯片也被称作“光电子芯片”或“光子集成电路（PIC）”，是指利用光子作为信息传输和处理载体的新型集成芯片，以光为信息载体，具有大带宽、高并行、低功耗的天然优势，被认为是未来大容量数据传输、人工智能加速计算的一大利器。
我们目前传统使用的电子芯片性能主要取决于芯片集成的晶体管数量，芯片集成的晶体管数量越多，芯片计算能力就越强。但众所周知，随着计算速率和集成度的不断提高，摩尔定律持续放缓，芯片计算面临串扰、功耗、时延等等一系列固有瓶颈性问题。据日月光半导体相关负责人表示，公司在基板上承载的带宽方面已经达到了极限。如果不能满足这些需求，光子学是唯一的选择。
光子芯片的核心技术是采用光子替代电子完成对计算任务的加速处理，其计算速度比电子芯片快约1000倍，功耗更低，有望低至aJ/MAC量级，从性能上突破摩尔定律的限制。行业消息显示，光子芯片是新一代信息技术的核心，能满足新一轮科技革命中人工智能、物联网、云计算、生物医药等领域对传输、计算、存储、显示的技术需求，已成为经济增长新动能，全球竞速的产业高地。
一直以来，国内光子芯片行业面临中试平台缺位、工艺技术壁垒高、良品率验证低、产能转化不足、国外平台流片周期长等共性困境，严重制约了创新成果转化落地的“黄金期”。近年来，国内外多个平台、企业在光子芯片领域不断突破，助力我国光子芯片实现新突破。。
国内首条光子芯片中试线在无锡启用
无锡日报消息显示，该光子芯片中试平台总面积17000平方米，集科研、生产、服务于一体，配套设施完善且配备超100台国际顶级CMOS工艺设备，覆盖了薄膜铌酸锂光子芯片从光刻、薄膜沉积、刻蚀、湿法、切割、量测到封装的全闭环工艺。平台还兼顾硅、氮化硅等其他材料体系，搭建N个特色工艺平台，形成领先的“1+N”先进光子器件创新平台，不仅可为高校、科研院所、创新企业提供全流程技术服务，还可以为光子产业孵化项目，与产业基金高效联动，打通从产品研发到市场化的完整链条，加速科技成果的商业化转化。 6park.com
上海交通大学无锡光子芯片研究院院长金贤敏表示，中试平台不仅能加速技术迭代的飞轮效应，促进工艺流程的持续优化和产品创新能力的提升，还将以前所未有的速度触摸到科技前沿的“天区”，破解创新链和产业链长期存在的结构性矛盾，最终实现科技出“圈”，产业破“壁”。中试线正式启用后，预计年产能达10000片晶圆，2025年第一季度将正式发布PDK，提供对外流片服务。
值得注意的是，上海交通大学无锡光子芯片研究院院长金贤敏同时也是上海图灵量子创始人。图灵量子公司成立于2021年2月，是我国第一家光量子芯片和光量子计算机公司。成立仅三年余，图灵量子就在去年1月打造国内首个量子智算中心；今年4月正式入驻国家超算互联网平台……在这一轮以量子计算与量子通信为代表的“第二次量子革命”浪潮中，业界对屡获突破的图灵量子寄予厚望。
济南率先研制成功12英寸铌酸锂晶体
据济南日报今年5月消息，济南在全球率先研制出了12英寸(直径300mm)的超大尺寸光学级铌酸锂晶体。
完成这项科研攻关的是山东恒元半导体科技有限公司，该公司成立于2021年，自成立以来，一直致力于铌酸锂、钽酸锂等光电材料、压电材料的研发等。通过20年不间断的探索与研究，公司团队已拥有从晶体生长设备的设计、均匀多晶料制备、晶体生长及缺陷控制技术以及晶体后处理技术的全链条自主知识产权，掌握了大尺寸铌酸锂晶体生长产业化所需的关键核心技术。目前，恒元半导体通过科技成果转化，已经开始批量生产6-8英寸Z轴、X轴光学级铌酸锂晶体。三年内，恒元半导体计划将晶圆年产量达到25万片。
哈佛大学研究报告指出，铌酸锂对于光子学的意义，等同于硅对于电子学的意义。据悉，酸锂晶体是一种具有压电、电光、声光及非线性光学等多种效应的多功能晶体材料，且物理化学性质稳定，是至今人们所发现的光子学性能最高、综合指标最好的一种人工晶体，是集成光电子技术的核心基础材料。研究表明，基于铌酸锂光学平台开发出的全球领先微波光子芯片，可运用光子进行超快模拟电子信号处理及运算，比传统电子处理器快1000倍，不仅能耗更低，而且应用范围广阔，涵盖无线通信、高分辨率雷达、人工智能、计算机视觉、图像/视频处理等多个领域。
我国科学家开发出可批量制造的新型“光学硅”芯片
今年5月上旬，据中国青年报消息，我国中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员欧欣团队，在钽酸锂异质集成晶圆及高性能光子芯片制备领域取得突破性进展，成功开发出可批量制造的新型“光学硅”芯片。相关成果论文5月8日发表于国际学术期刊《自然》。
欧欣团队与合作者研究证明，与铌酸锂类似，单晶钽酸锂薄膜同样具有优异的电光转换特性，且在双折射、透明窗口范围、抗光折变等方面相比铌酸锂更具优势。此外，硅基钽酸锂异质晶圆的制备工艺与绝缘体上的硅更加接近，因此，钽酸锂薄膜可实现低成本和规模化制造，具有极高的应用价值。
科研团队采用基于“万能离子刀”的异质集成技术，通过离子注入结合晶圆键合的方法，制备了高质量硅基钽酸锂单晶薄膜异质晶圆；同时，与合作团队联合开发了超低损耗钽酸锂光子器件微纳加工方法，成功制备出钽酸锂光子芯片。目前，团队已攻关8英寸晶圆制备技术，为更大规模的国产光电集成芯片和移动终端射频滤波器芯片的发展奠定了核心材料基础。
清华大学团队发布AI光芯片“太极-Ⅱ”和“太极-I”
今年8月清华大学发布消息，清华大学电子工程系方璐教授课题组和自动化系戴琼海院士课题组首创了全前向智能光计算训练架构，研制了“太极-II”光训练芯片，实现了光计算系统大规模神经网络的高效精准训练。该研究成果以“光神经网络全前向训练”为题于《自然》期刊。
据论文第一作者、电子系博士生薛智威介绍，在太极-II架构下，梯度下降中的反向传播化为了光学系统的前向传播，光学神经网络的训练利用数据-误差两次前向传播即可实现。两次前向传播具备天然的对齐特性，保障了物理梯度的精确计算。如此实现的训练精度高，便能够支撑大规模的网络训练。
今年4月发布的太极I具备879 T MACS/mm2的面积效率与160 TOPS/W的能量效率，首次赋能光计算实现自然场景千类对象识别、跨模态内容生成等人工智能复杂任务。太极-II的面世是继太极I芯片之后的一大突破，进一步揭示了智能光计算的巨大潜力。如两仪分立，太极I和II分别实现了高能效AI推理与训练；又如两仪调和，太极I和II共同构成了大规模智能计算的完整生命周期。
目前，在原理样片的基础上，清华大学该研究团队正积极地向智能光芯片产业化迈进，在多种端侧智能系统上进行了应用部署。
中国团队成功研制完全可编程的拓扑光子芯片
5月末，北京大学物理学院现代光学研究所“极端光学创新研究团队”的王剑威研究员、胡小永教授和龚旗煌院士团队与中国科学院微电子研究所杨妍研究员等合作者，提出并实现了一种基于大规模集成光学的完全可编程拓扑光子芯片。相关研究成果以“A programmable topological photonic chip”为题，在线发表于Nature Materials。
这款芯片基于可重构的集成光学微环阵列，在仅11mm×7mm的面积内集成了2712个元件，首次成功实现了完全可编程的光学人造原子晶格。同时，研究人员在单一芯片平台上实现了包括动态拓扑相变、多晶格拓扑绝缘体、统计相关拓扑鲁棒性以及安德森拓扑绝缘体等多种拓扑现象的实验验证。
论文审稿的三名国际匿名评审人表示，这项工作证明了集成拓扑光子芯片的全能性，是本领域一项重大技术突破。该拓扑光子芯片代表了本领域最前沿的研究成果，也是迄今为止最为全面全能的可编程拓扑光子器件。 6park.com