硅光子技術最早1969年由貝爾實驗室提出，50年來大體經歷了技術探索（1960年-2000年）、技術突破（2000年-2008年）、集成應用（2008年至今）三個階段。期間內，歐美一批傳統集成電路和光電巨頭通過并購迅速進入硅光子領域搶占高地，以傳統半導體強國為主導的全球硅光子產業格局悄然成形。

　　美日歐硅光子技術發展概覽

　　美國一直注重光子產業的發展，早在1991年就成立了“美國光電子產業振興會”（OIDA），以引導資本和各方力量進入光電子領域。2008~2013年，DARPA開始資助“超高效納米光子芯片間通訊”項目（Ultraperformance Nanophotonic Intrachip Communications，UNIC）。目標是開發和CMOS兼容的光子技術用于高通量的通訊網絡。2014年，美國建立了“國家光子計劃”產業聯盟，明確將支持發展光學與光子基礎研究與早期應用研究計劃開發，支持4大研究領域及3個應用能力技術開發，并提出了每一項可開發領域的機會和目標。

　　美國以IBM、Intel、Luxtera公司為代表，近年來都在光互連技術研發方面取得了不錯的成績。

　　Intel 硅光子產業發展規劃

　　日本發展光電子技術時間也較早，1980年，為推動光電子技術的發展，日本成立了光產業技術振興協會（OITDA）。在產業化及市場方面，由于光電領域的重大技術發明多產生于美國，因此，早期日本政府主要是靠引進外國技術進行消化吸收，后期則是自主創新過程。2010年，日本開始實施尖端研究開發資助計劃（FIRST），該計劃由日本內閣府提供支援。FIRST計劃是從600個提案中選出30個核心科研項目予以資助，項目資助的總金額達到1000億日元。光電子融合系統基礎技術開發（PECST）是FIRST計劃的一部分，以在2025年實現“片上數據中心”為目標。

　　硅光子技術在歐洲各國也受到了廣泛的關注。2010年前，為了發展光電子集成電路（OEIC），歐洲發起了幾大項目：PICMOS項目驗證硅回路上InP鍵合器件的全光鏈路；隨后發起的WADIMOS項目進一步驗證光網絡；英國硅光子學項目和歐洲HELIOS項目主要關注光電子集成的電信設備，可以完成SOI光子回路的晶片鍵合或光子金屬層的低溫制造。從2013開始， 歐盟的節能硅發射器使用III-V族半導體量子點和量子點材料的異質集成（SEQUOIA）項目一直在開發具有較好的熱穩定性、高調制帶寬以及可能產生平面波分復用蜂窩的混合III-V激光器。作為歐盟第七框架計劃（FP7）研發領域的具體目標研究項目（STREP）之一，IRIS項目由愛立信與歐洲委員會聯合創建，旨在利用硅光子技術，創建高容量和可重構WDM光交換機，實現在單個芯片上整體集成電路。

　　2013年，歐盟啟動4年期針對硅光子技術的歐盟PLAT4M（針對制造的光字庫和技術）項目。該項目的目的是打造硅光子技術的整個產業鏈，聚集了以法國微電子和納米技術研究中心CEA-Leti為領導的包括德國Aifotec公司等在內的15家歐盟企業和研究機構以及潛在用戶。

　　我國硅光子產業發展道路曲折

　　在硅光子學研究方面，我國較早開展了相關研究，例如中科院半導體研究所的王啟明院士近年來專心致力于硅基光子學研究，主持了國家自然科學基金重點項目“硅基光電子學關鍵器件基礎研究”，在硅基發光器件的探索、硅基非線性測試分析等方面取得了許多進展。但從整體來看，我國對硅基光子學的研究與世界相比還有一定差距。

　　反觀我國硅光子產業，處于發展初期，產業基礎較為薄弱。且國內設計的高端硅光子芯片基本都要在國外流片，導致成本高周期長，很大程度上制約了我國硅光子技術的發展。

　　目前，光迅科技、華為、海信都已經在硅光子產業開展部署規劃，光迅科技已經投入研發探索硅光集成項目的協同預研模式，力爭打通硅光調制、硅光集成等多個層面的合作關節，但是國內整體技術發展距離發達國家仍有較大的差距。中國在光電子器件制造裝備研發投入分散，沒有建立硅基和 InP 基光電子體系化研發平臺。隨著國內企業綜合實力逐漸增強，以及國家集成電路產業的扶持，國內廠商需要不斷加快推進硅光子項目。

　　2015年4月9日，美國商務部發布報告，決定拒絕英特爾向中國的超級計算廣州中心出售至采用硅光子技術“至強”(XEON)芯片用于天河二號系統升級的申請。對于突然實行至強芯片禁運的原因，美國方面給出的解釋是這4家中國超算中心從事“違反”美國安全或外交政策利益的活動。

　　隨即2016年3月7日，中興通訊首度遭受美國商務部制裁，不僅不允許其在美國國內采購芯片，并要求供應商全面停止對中興的技術支持，制裁條款整整實行的1年；在當時，美國硅光子公司ACACIA每年25％硅光子模塊的產量都是銷往中興通訊。

　　2017年，上海市政府將硅光子列入首批市級重大專項，面向硅光子全產業鏈，針對國內發展硅光子最為短缺的工藝平臺、核心關鍵技術和關鍵產品研發精準布局，開展激光雷達、人工智能計算芯片、大規模光開關、3D光電集成等具有巨大應用潛力的前沿研究，力求讓國內企業擺脫對國外光芯片供應商的依賴。

　　2017年底，工信部發布《中國光電子器件產業技術發展路線圖(2018-2022年)》并指出，目前高速率光芯片國產化率僅3%左右，要求在2022年中低端光電子芯片的國產化率超過60%，高端光電子芯片國產化率突破20%。

　　到了2018年1月，國內首個硅光子工藝平臺在上海成立，可以提供綜合集成技術的流片服務，流片器件及系統性能指標與國際最優水平相當，流片速度相比國外的流片代工線速度快了一倍，只需3個月。目前，張江實驗室正在建造我國第一條硅光子研發中試線，預計2019年3月通線運行。

　　國內硅光芯片發展的四大難題

　?。ㄒ唬┕韫庾有酒夹g的設計痛點

　　硅光芯片的設計方面面臨著架構不完善、體積和性能平衡等難題。硅光芯片的設計方案有三大主流：前端集成、混合集成和后端集成。前端集成的缺點是面積利用率不高、SOI襯底光/電不兼容、靈活性低和波導掩埋等，在工藝上的成本超高；后端集成在制造方面難度很大，尤其是波導制備目前而言很有挑戰；至于混合集成，雖然工藝靈活，但成本較高，設計難度大。

　?。ǘ┕韫庾有酒夹g的制造難題

　　硅光芯片的制造工藝面臨著自動化程度低、產業標準不統一、設備緊缺等技術難關。由于光波長難以壓縮，過長的波長限制芯片體積微縮的可能。同時光學裝置須要更精確的做工，因為光束傳輸的些微偏差會造成巨大的問題，相對需要高技術及高成本。光子芯片相關的制程技術尚有待完善，良品率和成本將是考驗產業的一大難題。

　　（三）硅光子芯片面臨的封裝困擾

　　芯片封裝是任何芯片的必經流程，關于硅光子的芯片封裝問題，這是目前行業的一大痛點。硅光芯片的封裝主要分為兩個部分，一部分是光學部分的封裝，一部分是電學部分的封裝。從光學封裝角度來說，因為硅光芯片所采用的光的波長非常的小，跟光纖存在著不匹配的問題，與激光器也存在著同樣的問題；不匹配的問題就會導致耦合損耗比較大，這是硅光芯片封裝與傳統封裝相比最大的區別。用硅光做高速的器件，隨著性能的不斷提升，pin的密度將會大幅度增加，這也會為封裝帶來很大的挑戰。

　?。ㄋ模┊a業相關的器件難題

　　硅光芯片需要的器件很多，而目前仍有很多相關技術難題未解決。如硅基光波導主要面臨的產品化問題：硅基光電子需要小尺寸、大帶寬、低功耗的調制器。有源光芯片、器件與光模塊產品是重點器件，如陶瓷套管/插芯、光收發接口等組件技術目前尚未完全掌握。