前言:
光學將成為未來科技的核心,這是芯片問題的關鍵。光子科技是中國科技換道超車的大好機遇,消費光子的時代即將到來。從[傳統]到[新興],IT產業正處在“從電到光”的轉換階段。
作者 | 方文
圖片來源 | 網 絡
后摩爾時代,光子站上風口
隨著硅芯片越來越逼近物理和經濟成本上的極限,摩爾定律面臨失效危機,集成電路發展悄然進入“后摩爾時代”。
摩爾定律面臨失效危機,以光子技術為基礎的創新應用開始在多領域展示全新的價值,圍繞光子產業的投資掀起一股熱潮。
作為電子學之后的新興科學,光子技術在醫療、化工、能源、航空航天、國防等領域得到廣泛應用,光子技術正迎來新一輪爆發時機,或擎起第四次工業革命大旗。
近年來,光子學和光子產業掀起了一股熱潮。例如,光通信和互連技術在高速寬帶網絡、高性能計算、大數據、物聯網等領域發揮了引領作用。
通信數據的快速增長對光電器件提出了更高的要求,推動著業界發展光子集成和光子芯片技術。
從傳統到新興,產業不斷升級
目前,整個IT產業正處在“從電到光”的轉換過程,現在正是集成光路發展的最佳時間點。
誰能率先在光芯片技術上實現突破,誰就能搶占光通信產業鏈的制高點。
面對洶涌而至的新一輪科技革命和產業變革,光子也成為中國實現未來技術超越和產業變革的重要抓手。
目前光子技術已經覆蓋了信息產生、獲取、傳輸、交換與處理等各個環節,并通過深度融合產生出智能駕駛、智能機器人、新一代通信等新的應用領域,呈現井噴式的發展態勢。
光子產業最重要的市場是消費與國防,但是更進一步的光子技術還包括先進制造、新能源等新興戰略行業,所以也有著非常大的社會效應。
萬物互聯是人工智能的基礎設施,5G是萬物互聯的基礎設施,光電芯片是5G和萬物互聯的基礎設施。
而光子產業未來市場前景增勢顯著:
①光子產業直接規模非常大,到2020年將會達到3200億美元,就是盤子大。
②光子產業增長速率非常高,達到7%以上。
③光子產業杠桿效益非常大,它能夠驅動超過2．6萬億美元產業規模。
這意味著,這個時代下,投資光電芯片即是投資人工智能基礎設施,回報率自然也將迎高點。
當下,光子技術運用多在多媒體和智能終端、超級計算、軍事安全等領域。
未來,隨著光子技術的成熟,芯片封裝成本的進一步降低,光子芯片將從服務器、大型數據中心、超級電腦等大型設備進入機器人、PC、手機等小型移動設備。
光子芯片將爆發巨大潛能
伴隨云計算、大數據和人工智能時代的來臨,對信息處理速度和帶寬的要求越來越高,光子作為信息載體可以指數倍提升信息傳輸速度及傳輸帶寬。
可以預見,光子取代電子的趨勢,光電子芯片極有可能成為未來整個信息產業的基石,是中國芯片發展必須力爭的新賽道。
相對于電子驅動的集成電路,光子芯片有超高速率,超低功耗等特點,利用光信號進行數據獲取、傳輸、計算、存儲和顯示的光子芯片,具有非常廣闊的發展空間和巨大的潛能。
高技術壁壘決定高產業回報
光電子技術中所涉及的材料種類繁多,通過簡單模型的疊加難以實現微結構集成。因此,光電子技術的標準化難度更大,光子集成技術的門檻也更高。
這種高技術壁壘也預示著,光子集成技術一旦取得突破實現規模化發展,將帶來指數型增長的高產業回報。
市場研究公司MarketsandMarkets預計,到2023年,全球光子學市場的規模將從2017年的5200億美元增長到2023年的7804億美元,復合年增長率為7．0%。
基于光子技術的產品包括光芯片、光器件、光模塊以及垂直集成的子系統。
用于光子集成的關鍵技術既有上游的基礎材料、芯片設計制造技術,也有封裝測試技術以及系統集成能力。
光子技術不僅是光通信設備、數據通信設備、無線通信設備、數據中心、超級計算、物聯傳感、人工智能等的關鍵基礎,同時,它也廣泛應用于智能手機、平板、可穿戴設備等消費電子領域中。
最近,華為公開了一項光芯片的發明專利,這意味著,國內將有可能擺脫光刻機的限制,在芯片領域實現彎道超車。
面對美國的限制,華為押寶光學芯片,這可以說是步險棋,但是華為成功了,在光子芯片領域,華為走到了行業前列。
最近,華為又公開了新的專利,這次的專利是在光子芯片領域,包括基板、包層等而且還有光學芯片的生產方法。
目前,在傳統芯片領域,3nm、2nm制程工藝也都在研發,制程工藝不僅接近物理極限,而且制造難度、設計成本也都呈指數級增長趨勢,所增加的成本很難被市場消耗,所以商業芯片領域或許將迎來一個新時代。
技術前景帶動產業投資
光子技術帶來的超預期產業效果不僅吸引了業內廠商,同時也激發了產業資本的極大興趣。
同時,國家對光電子產業發展的指導政策也明確給出了發展目標:中國光電子器件發展五年路線圖(2018-2022)顯示,2022年中低端光電子芯片國產化率要超過60%,高端光電子芯片的國產化率突破20%;
2022年國內企業占據全球光通信器件市場份額的30%以上,有1家企業進入全球前3名。
政策加持下,資本與企業紛紛搶攻這一領域。蘋果、華為、英特爾、思科、IBM等國際巨頭紛紛布局光芯片,國內市場也培育出了一批在細分產品領域實現突破的光芯片/光器件供應商。
目前,奇芯光電、源杰半導體、鯤游光電、魯汶儀器、曦智科技、阿達智能、橙科微電子、銳思智芯、芯聲智能、本源量子、洛微科技、賽富樂斯等在內的90余家半導體企業正在參與其中的各個環節。
面臨光子時代的技術挑戰
在芯片行業,中國的整體水平暫時落后于人。
而在諸如光學傳感、生物光子和消費光子等新興領域,中國與歐美日韓等發達國家差距較小,呈現出群雄逐鹿的態勢。
因此,光子時代的到來,對中國來說是一個非常重要的機遇。
所以中國必須要攻克的就是以核心芯片為代表的核心技術,這是中國必須解決的問題。
在光電領域也是如此,中國本土也具備了較為完整的設備和模組產業鏈,但是上游的光電芯片主要依賴進口,國產替代前景廣闊。
對于芯片領域的初創企業來說,“投入大、成長慢、風險高、體量不足”等情況是困擾其早期融資的主要問題,讓眾多投資者望而卻步。
但芯片是新興技術的重要基礎,包括物聯網、5G、人工智能、自動駕駛在內的眾多產業都是以芯片為核心的,芯片產業的發展就顯得尤為關鍵。
結尾
光子改變了我們的世界,在國家政策以及資金的大力扶植之下,在新興科技的發展與中國整體市場的推動作用下,我國光子產業將迎來全面發展,未來60年,光子時代會更加深刻而長遠地改變我們的世界。
部分資料參考:愛集微APP:《光子產業進入爆發期:巨頭加持,加速布局新賽道》《后摩爾時代,光子技術或擎起第四次工業革命大旗》,中科創星:《第四次工業革命,光子時代來臨》
