雖然在十幾年前，我們生活的這個地球就已經被互聯網和發達的國際交通運輸拉近了距離，變成“地球村”，但這幾年發生的一件件事情，都告訴我們一個道理：

談判時說得再好的貿易協議，在自身實力有隙可乘時還是會變成一紙空文。最好的方式，就是盡量減少自身的弱點。而被“卡脖子”的芯片，就是我國目前的弱點之一。

小黑在之前的文章《告別“卡脖子”，國產芯片還有哪些不足需要彌補？》中，對國產芯片在各個技術環節還有哪些不足之處做過一些介紹，芯片熱也在國內不斷發酵。

而在最近，又傳出了可以讓國產芯告別“卡脖子”的新事物：光子芯片。這是個啥？和我們現在用的芯片有什么不一樣，它真的能讓國產芯做大做強嗎？

蘋果、高通擠牙膏，或許真不能怪他們

說到光子芯片，或許有許多小伙伴都不太了解。說實話，在查閱資料之前，小黑對它也只是有個初步的概念。

不過話說回來，推動產業變革的往往就是一些新生事物，光子芯片就屬于這個范疇。

不過，要想知道光子芯片能不能幫助國產芯站起來，我們首先還是要知道光子芯片是什么。

我們現在提起的芯片，說的主要是以硅為基底，通過電路計算的芯片形式。在不同場合下，還會有“集成電路”“電子芯片”等不同稱呼。

從原理上來說，硅基芯片是以電子為載體來進行信息的生成、處理和傳輸的，而我們熟知的晶體管則是控制可變電流的開關。

正因如此，單位空間內能容納晶體管的數量越多，芯片的計算能力就越強，這也是我們常常可以看到手機廠商們在發布會上，用晶體管數量作為SoC處理器性能的一項指標的原因。

但硅基芯片的發展在理論上是有其物理極限的。由于硅原子的直徑大約為0．22納米，當制程工藝發展到7nm以下時，電涌、電子擊穿等問題出現的幾率就會不斷升高，更是有“功耗墻”“存儲墻”這兩個難題難以解決。

另外，先進制程面臨的良品率下降、研發生產成本上升、芯片發熱嚴重等問題，也與制程工藝逐漸逼近物理極限有關。

目前，業內人士普遍認為硅基芯片的制程工藝最多到2030年就會到達物理極限，因此，芯片行業開始寄希望于潛力巨大的光子芯片。

更快、更高、更強的光子芯片

其實，光子芯片并不是一件新鮮事物。早在1969年，集成光學，也稱積體光學的概念就已被提出。到了上世紀80年代，光子芯片也開始了相應的研究，并且由于物理特性，光子芯片比電子芯片有更大的發展潛力。

在前文中小黑提到，電子芯片是以電子為載體進行計算的，同理可知，光子芯片則是以光子為載體實現計算的。

相比電子芯片，光子芯片的性能幾乎在每個方面都有明顯的優勢。

在傳輸速度上，光子脈沖的信息速率可以達到幾十TB／s，從而使“存儲墻”的問題不復存在。

而在能耗方面，根據推算，光子元器件的能耗僅有電子元器件的千分之一。有數據指出，根據目前的發展趨勢，在未來五年以集成電路為基礎的數字產業可能會消耗全球每年電力供應的20％，而光子元器件的發展，就可以大幅緩解能源壓力。

除此之外，目前讓相關廠商和消費者都十分頭痛的芯片發熱等問題，在光子芯片上同樣不會出現。

可以說，從理論上來看，光子芯片確實是數字產業的未來。

那么問題就來了，光子芯片開始研究的時間與電子芯片相差無幾，為何電子芯片如今一騎絕塵，成為芯片領域的絕對主流呢？

答案其實很簡單：相比相對“乖巧”的電子，光子的“性格”更難以把控。為了讓光子芯片早日成為現實，科學家們一直在研發可以替代電晶體管功能元器件，但始終無法在準確控制光信號的同時縮小元器件的體積。這樣一來，電子芯片自然就成為市場的主流了。

不過，隨著相關技術的不斷發展，近幾年來，各研究機構和企業也都加大了對光子芯片的投入，也取得了不少突破。因此，對光子芯片的未來，小黑還是抱有希望的。

彎道超車，讓光子芯片被寄予厚望

這幾天，北京日報發布了一則新聞：國內首條“多材料、跨尺寸”的光子芯片生產線已在籌備當中，預計將于2023年在北京建成。

從概念上來說，光子芯片主要有兩種：光量子芯片和硅光芯片。不過，由于理論、技術等方面的原因，前者目前還停留在紙面上，國內正在籌備的這條光子芯片生產線，從介紹來看也屬于硅光芯片的生產線。

與純光子芯片不同，硅光芯片采用的是光電混合結構設計，在計算時，所有的指令、編譯、軟件都會先加載到電子芯片上進行處理，之后通過光信號進行計算，最后輸出的依然還是電信號。

而在另一個方面，早在2016年，英特爾就已經成功推出了硅光子光學收發器。在之后的幾年里，英特爾的相關產品不斷推陳出新，并已在研發更加先進的光電共封技術。

除此之外，Ayar Labs、思科等廠商，也已在硅光芯片領域有所成績。

既然國外廠商已經在硅光芯片領域有所收獲，那么問題來了，在北京籌備、明年建成的光子芯片生產線又如何能夠實現“彎道超車”呢？

關于這個問題，小黑可以從兩個方面來回答。

首先，我國的硅光芯片研究起步并不晚。工信部2017年底發布的《中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018—2022 年）》就已對國產光電子芯片的發展提出了要求。而在同一年，國家信息光電子創新中心也在武漢開始建設。

▲國內首款硅光互連芯片

到了2018年年中，可商用的硅光收發芯片就已正式投產。可以說，在起步階段，我們并沒有落后太多。

其次，根據相關資料表明，硅光芯片在生產制造上，對國外“卡脖子”技術的依賴相比電子芯片要有所減少。特別是由于光子芯片側重的主要是外延設計和制備環節，先進制程的重要性就大幅降低。因此，國產光子芯片的主要廠商也都選擇了能把控整個設計制造流程的IDM模式。

當然，即便對高端光刻機沒有高需求，但晶圓在硅光芯片的生產中依然不可或缺，如何在這一點上告別“卡脖子”，依然需要相關企業不斷努力。

一方面是起步不晚的研發工作，一方面是不再依賴先進制程工藝，再加上光子芯片在性能上更為優秀，通過光子芯片來實現彎道超車，自然是再合適不過了。

不過，硅光芯片的研發目前仍處在起步階段，要在消費級市場上大規模普及，還需要很長一段路程要走。小黑當然希望我國的光子芯片研發，乃至整個產業鏈的技術發展，都能達到世界先進水平。

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