根據(jù)Lightcounting的預測，光通信行業(yè)已經(jīng)處在硅光子技術規(guī)模應用的轉折點，使用基于硅光光模塊市場份額有望從2022年的24%增加到2028年的44%。據(jù)Yole預測， 2022年硅光芯片市場價值為6800萬美元，預計到2028年將超過6億美元，2022-2028年的復合年均增長率為44%。推動這一增長的主要因素是用于高速數(shù)據(jù)中心互聯(lián)和對更高吞吐量及更低延遲需求的機器學習的800G可插拔光模塊，數(shù)通光模塊的應用占硅光芯片市場93%。

業(yè)界認為硅光子技術與傳統(tǒng)分立技術之間的成本平衡在400G。隨著光模塊速率向800G及以上發(fā)展，硅光子技術的成本效益逐漸超過傳統(tǒng)分立技術。預計短期內，400G和800G硅光模塊的市場占比將增加。長期來看，隨著硅光子技術的成熟，其在1.6T和3.2T等更高速率應用中的低成本和大帶寬優(yōu)勢將更明顯，推動硅光模塊滲透率持續(xù)增長。

硅光模塊 VS 傳統(tǒng)光模塊

硅光技術全稱為硅基光電子技術，是一種采用硅和硅基材料（如SiGe/Si、SOI等）為襯底，并借助CMOS工藝技術來開發(fā)集成光電子器件的創(chuàng)新方法。其核心在于，它能夠將光子和電子技術無縫結合，為光通信領域帶來革命性的進步。

一種顛覆性的封裝技術，共同封裝光學元件（Co-packaged optics；CPO）就被提出來，透過先進的封裝技術，以及電子學和光子學的最佳化整合，來大幅縮短電氣鏈路長度，從而提高互連頻寬密度和能源效率。因此CPO被廣泛認為是未來數(shù)據(jù)中心互連的一個最有效的解決方案。包括Intel、Broadcom和IBM等全球國際半導體技術領先業(yè)者，都已對CPO技術展開深入研究，國內多家公司也開始參與競爭。這是一個跨學科的研究領域，涉及了光子元件、集成電路設計、封裝、光子元件建模、電子-光子整合模擬、應用和技術。

傳統(tǒng)的光模塊是執(zhí)行光電轉換的關鍵設備，其核心功能包括對光信號進行調制和接收。在制造過程中，傳統(tǒng)光模塊需要將電芯片、光芯片、透鏡、對準組件和光纖端面等多種器件通過封裝技術集成在一起，以構成一個完整的調制器、接收器和無源光學器件的集合體。相比之下，硅光模塊則采用了先進的硅光子技術，這一技術允許使用CMOS工藝來開發(fā)和集成光器件。它基于CMOS制造工藝，將硅光模塊芯片與硅基底相結合，通過蝕刻和外延生長等微加工技術，精確制備出調制器、接收器等關鍵光電子器件。這種高度集成的方法不僅提高了生產(chǎn)效率，還為實現(xiàn)更小型化、更高性能的光通信設備提供了可能。

對耦合對準和封裝精度要求更苛刻

硅光技術已在光開關、光波導、硅基探測器（如Ge探測器）以及光調制器（如SiGe調制器）等實現(xiàn)突破。

當前，硅光技術主要有兩種實現(xiàn)形式。一種是采用先進的大規(guī)模集成電路技術（CMOS）工藝，實現(xiàn)單片硅光引擎的集成。另一種則是混合集成方案，光芯片通常使用傳統(tǒng)的三五族半導體材料，通過分立貼裝或晶圓鍵合等技術手段，將這些三五族的激光器與硅基板上集成的調制器和耦合光路等組件緊密結合，形成一個高效的光電子系統(tǒng)。

硅光模塊的生產(chǎn)必須采用高精度自動耦合封裝技術，這一技術對于確保封裝的精確度、提高良品率和生產(chǎn)效率至關重要。相對于傳統(tǒng)光模塊，它們通常采用自由空間耦合設計，對封裝精度的要求不那么嚴格，因此可以采用人工或半自動的方式進行封裝，這樣的方法成本相對較低。

然而，硅光技術在實際應用中面臨著一系列挑戰(zhàn)，尤其是光纖與波導之間的高效耦合以及封裝工藝。由于硅光模塊的集成度較高，封裝過程更為復雜，對耦合對準和封裝精度的要求也更為苛刻。這使得實現(xiàn)高質量且成本效益的封裝變得更加困難。據(jù)Yole數(shù)據(jù)，目前階段在硅光模塊成本中，硅光芯片僅占約10%，封裝成本占比約為80%。

硅光技術面臨的挑戰(zhàn)

硅光子技術正逐步取代傳統(tǒng)光器件，但在全面普及之前，仍需解決一些關鍵技術挑戰(zhàn)。這包括降低硅波導的損耗、提高波導與光纖間的耦合效率，以及穩(wěn)定溫度對功率和波長的影響。這些難題的攻克對于硅光子技術在數(shù)據(jù)中心等關鍵領域的應用至關重要。

在測試流程方面，硅光芯片與常規(guī)集成電路芯片相比，面臨著更高的成本、更復雜的制造過程和更高的廢品率。因此，必須在晶圓級別進行嚴格的測試和篩選，以確保在后續(xù)的集成過程中，只有合格的芯片被用于封裝，從而避免因使用不合格芯片而增加的后期成本。

此外，硅光芯片的設計、制造和封裝環(huán)節(jié)目前還缺乏統(tǒng)一的標準化方案。設計階段需要依賴專業(yè)的EDA工具，而在制造和封裝環(huán)節(jié)，缺乏提供硅光工藝晶圓代工服務的廠家，這些都增加了硅光子技術產(chǎn)業(yè)化的難度。

盡管存在這些挑戰(zhàn)，硅光子技術的快速發(fā)展已經(jīng)為多個行業(yè)帶來了技術革新，預示著其在未來的廣泛應用潛力。隨著技術的不斷進步和行業(yè)標準的逐步建立，硅光子技術有望克服現(xiàn)有障礙，實現(xiàn)更廣泛的市場應用。

硅光廣泛應用于

通信、傳感和計算等領域

目前硅光產(chǎn)品主要集中在數(shù)據(jù)中心光模塊以及相干光模塊，未來有望拓展至CPO領域。在數(shù)據(jù)中心內的新型光信號互聯(lián)與處理（Communication / Processing），包括Optical IO、光計算、量子計算等。另外一個較大的應用領域是光傳感（Sensing），包括激光雷達、生物傳感等。

隨著硅光芯片技術的發(fā)展，對測試測量的需求也在不斷增長，包括對硅光芯片性能的精確測試、封裝技術的優(yōu)化、以及對新材料和新結構的評估。測試測量技術的發(fā)展將直接影響硅光芯片的良率和可靠性，是推動硅光芯片技術成熟和產(chǎn)業(yè)化的關鍵因素。

作為測試測量解決方案的供應商和租賃合作伙伴，益萊儲可以提供靈活的精密測試測量解決方案來確保光模塊的性能、可靠性和兼容性，包括示波器、誤碼儀、協(xié)議和信號測試儀器等，以滿足400G和800G硅光芯片測試的需求。益萊儲密切關注行業(yè)發(fā)展趨勢，如數(shù)據(jù)中心的快速擴張、5G技術的深入部署、人工智能技術的發(fā)展以及智能駕駛等，通過與客戶、測試測量品牌原廠及合作伙伴的緊密溝通，益萊儲能夠及時了解市場的最新需求并攜手面對挑戰(zhàn)。

審核編輯 黃宇