瞻觀前沿

香港城市大學(xué)(CityUHK)電機(jī)工程系王成教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出世界領(lǐng)先的微波光子芯片，能夠利用光學(xué)進(jìn)行超快模擬電子信號(hào)處理和計(jì)算。該芯片比傳統(tǒng)電子處理器速度快1000倍，能耗低，應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋5/6G無線通信系統(tǒng)、高分辨率雷達(dá)系統(tǒng)、人工智能、計(jì)算機(jī)視覺、圖像/視頻處理等。這項(xiàng)創(chuàng)新有望徹底改變各個(gè)領(lǐng)域，包括無線通信和人工智能。

該團(tuán)隊(duì)的研究成果發(fā)表在著名科學(xué)雜志《自然》上，標(biāo)題為集成鈮酸鋰微波光子處理引擎。這是與香港中文大學(xué)(CUHK)的合作研究。

無線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)的快速擴(kuò)張對(duì)底層射頻系統(tǒng)提出了巨大的要求。微波光子學(xué) (MWP) 技術(shù)使用光學(xué)元件進(jìn)行微波信號(hào)生成、傳輸和操縱，為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)提供了有效的解決方案。然而，集成MWP系統(tǒng)一直在努力同時(shí)實(shí)現(xiàn)超高速模擬信號(hào)處理與芯片級(jí)集成、高保真度和低功耗。王教授解釋說：為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種MWP系統(tǒng)，該系統(tǒng)將超快電光(EO)轉(zhuǎn)換與低損耗、多功能信號(hào)處理結(jié)合在單個(gè)集成芯片上，這是以前從未實(shí)現(xiàn)過的。這種性能是通過基于薄膜鈮酸鋰 (LN) 平臺(tái)的集成 MWP 處理引擎實(shí)現(xiàn)的，該平臺(tái)能夠執(zhí)行模擬信號(hào)的多用途處理和計(jì)算任務(wù)。

論文的第一作者、電子工程學(xué)院博士生馮漢科說：該芯片可以進(jìn)行高速模擬計(jì)算，具有67GHz的超寬處理帶寬和出色的計(jì)算精度。

圖片來源：香港城市大學(xué)

技術(shù)價(jià)值觀察

光模塊行業(yè)的上游主要是光器件、光芯片、電芯片、PCB和結(jié)構(gòu)件的制造商以及光模塊封裝及測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商;下游則主要是通信設(shè)備制造商，光模塊應(yīng)用的電信設(shè)備與數(shù)通設(shè)備主要應(yīng)用于5G、光纖寬帶、數(shù)據(jù)中心、消費(fèi)電子和自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出世界領(lǐng)先的微波光子芯片，速度比現(xiàn)有處理器快1000倍。因此，從光模塊產(chǎn)業(yè)鏈上看，光芯片技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)。

宏觀市場(chǎng)觀察

——光芯片是光器件的核心零部件

光芯片主要用于光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，，遵循Chip-OSA-Transceiver的封裝順序，激光器芯片(Chip)通過傳統(tǒng)的TO封裝或新興的多模COB封裝形式制成光模塊(Transceiver)。在光通信系統(tǒng)中，常用的核心光芯片主要包括DFB、EML、VCSEL 三種類型，分別應(yīng)用于不同傳輸距離和成本敏感度的應(yīng)用場(chǎng)景。

光通信器件根據(jù)其物理形態(tài)的不同，一般可以分為：芯片、光有源器件、光無源器件、光模塊與子系統(tǒng)這四大類，其中，光芯片為光器件(光有源器件和光無源器件)的重要組成部分，而光器件是光模塊的重要組成部分。

光芯片的生產(chǎn)流程基本可以分為芯片設(shè)計(jì)、基板制造、磊晶成長(zhǎng)和晶粒制造四個(gè)流程，可見其技術(shù)壁壘較高，其生產(chǎn)流程具體如下：

——光芯片成本在光器件中占比最高

光模塊產(chǎn)品所需原材料主要為光器件、電路芯片、PCB以及結(jié)構(gòu)件等。其中，光器件的成本占比最高，在73%左右。光器件主要由TOSA(以激光器為主的發(fā)射組件)、ROSA(以探測(cè)器為主的接收組件)、尾纖等組成，其中TOSA占到了光器件總成本的48%;ROSA占到了光器件總成本的32%。

光器件是光模塊產(chǎn)品中成本最高的部分，而從芯片層面來看，光芯片又是TOSA與ROSA成本最高的部件，越高速率光模塊光芯片成本越高。一般高端光模塊中，光芯片的成本接近50%。

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