日前據北京日報消息稱， 國內首條「多材料、跨尺寸」的光子芯片生產線已在籌備， 預計將于2023年在京建成， 可滿足通信、數據中心、激光雷達、微波光子、醫療檢測等領域需求， 有望填補我國在光子芯片晶圓代工領域的空白。
據報道， 光子芯片計算速度快， 是電子芯片的1000倍， 更重要的是， 光子芯片不需要光刻機， 使用中國已有的原材料和設備就可以生產。
問題來了， 擺脫EUV光刻機限制， 光子芯片能不能成？
光子芯片的變革之處
光子芯片的概念有兩種， 一種是光量子芯片， 一種是硅光芯片， 目前更多是指的硅光芯片。
從技術層面來看， 光子芯片與集成電路芯片相比存在多處不同。 從原理層面， 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。
它帶來的變革之處在哪里？
首先是光子芯片有望突圍電子芯片的摩爾定律瓶頸。
在過去近50年里， 晶體管的密度可以每18-20個月翻一倍， 從物理的角度來講， 當半導體制程達到3納米后， 已經非常接近物理極限。 這也限制了底層的算力發展。
數據顯示， 今天最大的神經網絡的模型大概是2012年的15-30萬倍左右， 并且還在持續增長， 但是有明顯受制于算力底層限制的趨勢， 換言之， 底層算力制約了人工智能的進一步發展。
而光子芯片被認為是適合解決電子芯片困境的底層技術。 從制備而言， 光子芯片的制備流程與集成電路芯片有相似之處， 要在系統中發揮作用， 也離不開電芯片。 二者與 PCB、結構件、套管進一步構成光器件， 并以此為基礎加工為光模塊實現最終功能。
根據行業技術人員的說法是，
從軟件和生態適配的角度來講， 它能達成的能力與現有生態是一樣的， 但材料變了， 核心傳輸模式變了。
它用光來傳輸數據， 光子芯片的材料更多是InP、GaAS等二代化合物， 而集成電路一般采用硅片。 有數據顯示， 從物料成本來看， 光芯片約占中端光模塊物料成本的 40%， 一些高端光模塊中它的物料成本甚至能占到 50% 以上。
類似于電動車的發動機和能源系統用的是電池， 燃油車用的是汽油。
而光子芯片在通信領域、數字搬運層面有更好的優勢；其次， 光的矩陣乘法并行能力要遠強于電子芯片、延時遠遠低于電芯片， 更適合AI大數據的線性運算需求，
相比于電子集成電路或電互聯技術， 光子集成電路與光互連展現出了更低的傳輸損耗 、更寬的傳輸帶寬、更小的時間延遲、以及更強的抗電磁干擾能力。
不同于電子芯片側重光刻環節， 而光子芯片側重外延設計與制備環節， 而非光刻環節， 不再依賴先進工藝。 這也決定了光子芯片行業中， IDM模式是主流， 國產光芯片典型玩家均選擇了 IDM 模式， 如仕佳光子、長光華芯、源杰科技。
IDM 模式的好處是能夠靈活調整產品生產過程中各種工藝參數；高效排查產品設計、生產、測試等環節的問題。 目前IDM 模式下，國內已經實現自主可控。
從這個角度來看，光子芯片是一種不同的東西，類似一種光學材料革命，制造的原材料與技術路徑已經變了，光子芯片使用我國已相對成熟的原材料及設備就能生產，而電子芯片尤其是高端芯片就必須使用EUV高端光刻機。
光芯片對比電子芯片，類似于從燃油車發動機、變速箱到電動車電機、電池到電控的一種變革，存在替代EUV光刻機的一種新的可能性。
突圍光刻機的另一種可能性：光芯片一個長周期的研發過程
盡管如此，對于光子芯片而言，生產制造是難點。它需要相當成熟的設計流程與生產工藝，它的工序難點涉及到MOCVD 外延生長、光柵工藝、光波導制作、金屬化工藝、端面鍍膜、自動化芯片測試、可靠性測試驗證等環節，其中，外延工藝是光芯片生產中最主要和最高技術門檻的環節，還需要更多時間去打磨上下游產業鏈。
此外，要在軟硬件方面兼容現有的生態，包括和一線晶圓廠、封裝廠建立長期的研發融合合作，把上下游供應鏈做到成熟，不能有明顯的短板。這個時間，不是一年、兩年之內就能完成。畢竟，國內在光電芯片設計工具、基礎工藝和制造裝備等產業基礎方面配套能力還存在不足。
在中科鑫通總裁隋軍看來，國內企業在集成電路方面仍處于補短板的階段。目前的光子芯片產業發展中依然沒有擺脫在設計和應用領域規模較大，而在設備、制造、封測等基礎領域實力弱小的局面。
但由于光子芯片產業處于前期發展階段，全球面臨的局面是一樣的，技術壁壘還沒形成，國內還有足夠的時間去完善基礎領域的供應鏈。
從產業發展角度來看，光子芯片對電子芯片其實并非替代關系，而是融合關系，通過一種全新的材料革命，對原有電子產業進行升級，是實現突破摩爾定律限制的一項技術，它有望帶動新的產業，規模型發展是大勢所趨。也因為如此，芯片由「電」到「光」的轉換，是國產芯片實現突破的另一種新的技術路線。
一直以來，中國芯片發展一直受制于歐美國家，不過，歐美制裁的是電子芯片，但從目前來看，國內并不是沿著電子芯片原有的路徑去突破，而是通過材料技術革命，轉向了其他方向，就好比在燃油車時代，日本歐美在發動機、變速箱上建立了很高的壁壘，但中國轉向了電動車方向突破。
如今，光子芯片只是其中的突破口之一。其他的突破口還包括石墨烯芯片、Chiplet技術等，也就是說，還存在B計劃與C計劃。
如果光子芯片的路子能夠走通，就意味著光刻機的核心壁壘就已經繞過去了，作為實現不同的路徑，電子芯片也卡不住了。
目前國內針對光子集成技術也實施了一系列重大研究計劃，在光子集成技術方面有一定的成就。
比如根據新華社早前報道，目前世界上最高的光子集成規模為2014年實現的單片集成超過1700個功能器件。我國2016年啟動的B類先導專項——大規模光子集成芯片致力于開發集成器件大于2000的大規模光子集成芯片，并最終實現了15408個器件的大規模集成，集成規模世界領先。
此外，在光子芯片設計水平方面，我國也處于世界一流水平，比如最新的單個芯片可集成12000個光子元器件，一些算法的實測性能已超過國外。自從中國研究出全球首款光子芯片以來，光子芯片技術已具備一定的領先優勢。
光子芯片符合芯片產業的升級邏輯
光子芯片的路徑如果能夠跑通，可能會引發全球范圍內的相關公司在這一市場產業去爭奪話語權，事實上，當前英偉達已經下場開發硅光子集成研發項目，在圖形硬件上使用COUPE硅光子芯片異構集成技術。
從這個意義來看，原有以光刻機為核心的電子芯片基礎產業可能正在迎來變局。
尤其是從目前的行業動向與變局來看，許多國家也在試圖尋找光刻機替代方案，比如日本NIL量產技術、英特爾的新3D堆疊、多芯片封裝技術以及俄羅斯的X光的光刻機技術。一旦替代EUV光刻機成為一股暗潮，芯片產業遲早會逐步走入一條新的技術路線。
從目前來看，光子芯片突圍的可能性更大，因為從產業發展來看，電子產業是包含電子回路、電子集成、電子系統、電子工程。光子產業是包含光子學、光子回路、光子集成、光子系統、光子工程。
電子芯片更多應用與通信領域，光子芯片當前已經應用于工業、消費電子、汽車、人工智能等領域，在人工智能領域，光子芯片可應用于自動駕駛、語音識別、圖像識別、醫療診斷、虛擬現實等場景。
光子芯片的性能突圍其實也對應了產業升級的路徑，從這個產業升級的底層的邏輯去判斷走向的話，電子芯片與光子芯片可能分別代表信息時代與人工智能時代的基礎設施，當電子芯片走入到摩爾定律的極限與頂端，技術的發展趨勢就不會沿著原有路徑一直走下去，而是會在岔路口出現新路。
從這個角度來看，從電子產業到光子學時代的發展，利用微光子技術進行元器件的大規模集成也將是一個趨勢方向之一。
從國人的期待來看，非常期待在芯片、光刻機領域能夠早日打破卡脖子的問題，從今天國內各方面的進展與突破來看，未來的3~5年，光子芯片可能會有明顯的進展與突破，我們拭目以待。
目前IDM 模式下，國內已經實現自主可控。從這個角度來看，光子芯片是一種不同的東西，類似一種光學材料革命，制造的原材料與技術路徑已經變了，光子芯片使用我國已相對成熟的原材料及設備就能生產，而電子芯片尤其是高端芯片就必須使用EUV高端光刻機。
光芯片對比電子芯片，類似于從燃油車發動機、變速箱到電動車電機、電池到電控的一種變革，存在替代EUV光刻機的一種新的可能性。
突圍光刻機的另一種可能性：光芯片一個長周期的研發過程
盡管如此，對于光子芯片而言，生產制造是難點。它需要相當成熟的設計流程與生產工藝，它的工序難點涉及到MOCVD 外延生長、光柵工藝、光波導制作、金屬化工藝、端面鍍膜、自動化芯片測試、可靠性測試驗證等環節，其中，外延工藝是光芯片生產中最主要和最高技術門檻的環節，還需要更多時間去打磨上下游產業鏈。
此外，要在軟硬件方面兼容現有的生態，包括和一線晶圓廠、封裝廠建立長期的研發融合合作，把上下游供應鏈做到成熟，不能有明顯的短板。這個時間，不是一年、兩年之內就能完成。畢竟，國內在光電芯片設計工具、基礎工藝和制造裝備等產業基礎方面配套能力還存在不足。
在中科鑫通總裁隋軍看來，國內企業在集成電路方面仍處于補短板的階段。目前的光子芯片產業發展中依然沒有擺脫在設計和應用領域規模較大，而在設備、制造、封測等基礎領域實力弱小的局面。
但由于光子芯片產業處于前期發展階段，全球面臨的局面是一樣的，技術壁壘還沒形成，國內還有足夠的時間去完善基礎領域的供應鏈。
從產業發展角度來看，光子芯片對電子芯片其實并非替代關系，而是融合關系，通過一種全新的材料革命，對原有電子產業進行升級，是實現突破摩爾定律限制的一項技術，它有望帶動新的產業，規模型發展是大勢所趨。也因為如此，芯片由「電」到「光」的轉換，是國產芯片實現突破的另一種新的技術路線。
一直以來，中國芯片發展一直受制于歐美國家，不過，歐美制裁的是電子芯片，但從目前來看，國內并不是沿著電子芯片原有的路徑去突破，而是通過材料技術革命，轉向了其他方向，就好比在燃油車時代，日本歐美在發動機、變速箱上建立了很高的壁壘，但中國轉向了電動車方向突破。
如今，光子芯片只是其中的突破口之一。其他的突破口還包括石墨烯芯片、Chiplet技術等，也就是說，還存在B計劃與C計劃。
如果光子芯片的路子能夠走通，就意味著光刻機的核心壁壘就已經繞過去了，作為實現不同的路徑，電子芯片也卡不住了。
目前國內針對光子集成技術也實施了一系列重大研究計劃，在光子集成技術方面有一定的成就。
比如根據新華社早前報道，目前世界上最高的光子集成規模為2014年實現的單片集成超過1700個功能器件。我國2016年啟動的B類先導專項——大規模光子集成芯片致力于開發集成器件大于2000的大規模光子集成芯片，并最終實現了15408個器件的大規模集成，集成規模世界領先。
此外，在光子芯片設計水平方面，我國也處于世界一流水平，比如最新的單個芯片可集成12000個光子元器件，一些算法的實測性能已超過國外。自從中國研究出全球首款光子芯片以來，光子芯片技術已具備一定的領先優勢。
光子芯片符合芯片產業的升級邏輯
光子芯片的路徑如果能夠跑通，可能會引發全球范圍內的相關公司在這一市場產業去爭奪話語權，事實上，當前英偉達已經下場開發硅光子集成研發項目，在圖形硬件上使用COUPE硅光子芯片異構集成技術。
從這個意義來看，原有以光刻機為核心的電子芯片基礎產業可能正在迎來變局。
尤其是從目前的行業動向與變局來看，許多國家也在試圖尋找光刻機替代方案，比如日本NIL量產技術、英特爾的新3D堆疊、多芯片封裝技術以及俄羅斯的X光的光刻機技術。一旦替代EUV光刻機成為一股暗潮，芯片產業遲早會逐步走入一條新的技術路線。
從目前來看，光子芯片突圍的可能性更大，因為從產業發展來看，電子產業是包含電子回路、電子集成、電子系統、電子工程。光子產業是包含光子學、光子回路、光子集成、光子系統、光子工程。
電子芯片更多應用與通信領域，光子芯片當前已經應用于工業、消費電子、汽車、人工智能等領域，在人工智能領域，光子芯片可應用于自動駕駛、語音識別、圖像識別、醫療診斷、虛擬現實等場景。
光子芯片的性能突圍其實也對應了產業升級的路徑，從這個產業升級的底層的邏輯去判斷走向的話，電子芯片與光子芯片可能分別代表信息時代與人工智能時代的基礎設施，當電子芯片走入到摩爾定律的極限與頂端，技術的發展趨勢就不會沿著原有路徑一直走下去，而是會在岔路口出現新路。
從這個角度來看，從電子產業到光子學時代的發展，利用微光子技術進行元器件的大規模集成也將是一個趨勢方向之一。
從國人的期待來看，非常期待在芯片、光刻機領域能夠早日打破卡脖子的問題，從今天國內各方面的進展與突破來看，未來的3~5年，光子芯片可能會有明顯的進展與突破，我們拭目以待。