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黑科技之：硅光技术 一、 什么是硅光技术 硅光理念：英特尔以光束取代电子在电脑中和电脑周围进行数据传输，该公司已经开发出一个研究用原型，是世界上第一个使用集成激光器的基于硅光数据连接。与当前的铜线技术相比，该技术可在更长距离传输大很多倍的数据，最高传输速率可达50Gb/秒。这相当于每秒可传送一部完整的HD电影。 硅光子是一种基于硅光子学的低成本、高速的光通信技术,用激光束代替电子信号传输数据,她是将光学与电子元件组合至一个独立的微芯片中以提升路由器和交换机线卡之间芯片与芯片之间的连接速度。硅光子技术的应用范围有望从目前的主要用途--电路板间的数据传输扩大到芯片间和芯片内的传输。硅光子技术是基于硅材料，利用现有CMOS工艺进行光器件的开发和集成的新一代技术，在光通信，数据中心，超级计算以及生物，国防，AR/VR 技术，智能汽车与无人机等许多领域将扮演极其关键的角色。 硅基光电子包括硅基光子材料、硅基光子器件、硅基光子集成三个主要方面。其中硅基光子器件，是指以硅半导体材料技术制作的各种光有源及无源器件，包括硅基发光二极管、硅基激光器、硅基光探测器、硅基光调制器、平面波导、光栅耦合器等。 从大的思路来看,未来的芯片的提速需要芯片间和芯片内的通讯速度**加快,目前单纯的电子迁移速度不能满足要求,而利用光传输则可以有效的解决这一问题。硅光子为此应运而生,性能和功耗较传统方式有了质的提升,传输速率有望实现1.6 TB/S。 硅光子市场和产品用途非常广阔,应用跨度也很大,从超过1000 公里的长途通信到城域网、从光接入网到局域网/存储网络、从设备级的背板互连到板卡级的芯片间互连,甚至芯片内部互连,都有着广阔的应用前景。 
一、 硅光技术的重要性 硅光在国家安全布局上具有重要的战略价值，理由:①传统光器件使用磷化铟做材料,只负责数据的交换,而不负责数据的处理和存储,因此安全价值仅限于保障通信不断,但是硅光使用硅作为材料,数据的处理、存储和交换全部在硅上面完成,如果技术完全被国外厂商垄断,后果不堪设想②受制于量子效应,通过制程改进来提升单核处理器计算性能的方式将会淡出,或者说**定律进入失效期,唯一的解决方案是多核并行计算,根据吉尔德定律,带宽的增长速度至少是运算性能增长速度的3 倍,因此硅光替代集成电路是必然。 
二、 硅光芯片 在光通信领域也存在“**定律”现象，称之为“光学习*定律”，即网络流量每2年实现翻倍，骨干光通信设备每3年升级一次。爆发式的流量增长，给光通信骨干网络带来很大的压力。但是，当前基于InP和GaAs半导体材料制成的光芯片成本居高不下，制约了光通信线路容量对流量爆发的承载，以硅为半导体材料的硅基光电子技术应运而生。 早在上世纪90年代，IT从业者就开始为半导体芯片产业寻找继任者。光子计算、量子计算、生物计算、超导计算等概念一时间炙手可热，它们的目标都是在硅芯片发展到物理极限后取而代之，以延续**定律。 其中光子计算一度被认为是最有希望的未来技术。与半导体芯片相比，光芯片用超微透镜取代晶体管、以光信号代替电信号进行运算。光芯片无需改变二进制计算机的软件原理，但可以轻易实现极高的运算频率，同时能耗非常低，不需要复杂的散热装置。与电脑对应，设想中的光学计算机被称作“光脑”。早年甚至有人预言2015年光脑就会开始取代硅芯片。 但是现实并不尽如人意，科学家和工程师很快就发现制造纳米级的光学透镜是如此困难，想在小小芯片上集成数十亿的透镜远远超出了人类现有的技术水平。 好在科研单位并未放弃将光线引入芯片世界的努力。很快人们发现用光通路取代电路来在硅芯片之间传输数据是很有潜力的应用方向：光信号在传输过程中很少衰减，几乎不产生热量，同时可以轻松获得恐怖的带宽;最重要的是在硅芯片上集成光学数据通道的难度不算太高，不像光子计算那样近乎幻想。于是从21世纪初开始，以Intel和IBM为首的企业与学术机构就开始重点发展硅芯片光学信号传输技术，期望有朝一日能用光通路取代芯片之间的数据电路。 硅光学技术的目标就是在芯片上集成光电转换和传输模块，使芯片间光信号交换成为可能。使用该技术的芯片中，电流从计算核心流出，到转换模块通过光电效应转换为光信号发射到电路板上铺设的超细光纤，到另一块芯片后再转换为电信号。 把复杂的光电转换模块缩小到纳米尺寸，同时还要能用半导体工艺制造不是容易的事情。虽然实验室中早有成果，但成品的良率和成本一直难以令人满意。另一方面，2004年后串行数据电路技术飞速发展，PCIe、QPI、HyperTransport等总线技术提供的带宽达到很高的水平，也降低了业界对硅光学技术的潜在需求。 打造硅光子芯片最大的难点是，在芯片封装上引入导波技术(waveguides)。目前的硅光子技术多数是将设备和收发器安装在靠近主板的一端，而没有将布线延伸到封装中。为了实现引入导波技术，IBM开发出连接硅和聚合物的导波技术，而不管两者之间巨大的尺寸差异。这是通过逐渐减少硅波导和精确调整两步来实现的。 2015年，IBM宣布已成功研制出实用化的硅光学芯片，这项已有二十年发展历史的技术让人看到了应用的希望。据称，他们已将一个硅光集成芯片塞到了与CPU相同的封装尺寸中，这无疑将硅光子技术提升到了更高的层次，专家预计在半导体工艺达到物理极限，革命性的新计算机尚未出现之前，硅光学技术将负责填补空缺。 2015/2016年数据中心光通讯需求十分强劲，主要推动力包括Web2.0和IaaS相关投资，以及光学交换机10G/40G技术过渡带来的数据中心光学零部件增加。 
理由成本、密度和能耗是关键；硅光技术将对现有收发器供应商产生极大影响，尤其是光迅科技等数据中心业务占比较大的公司。相比传统收发器人工光学制造工艺，硅光技术有望通过大规模半导体制造工艺（例如CMOS）极大地降低光学收发器成本。此外，硅光技术同样有望显著降低光学收发器的能耗以及体积。 光通信芯片在光通信产业链中占有重要一环，现阶段市场容量超过65亿美元，未来5年均复合增长率约8%。光芯片做为光通信产业链中的底层及通信物理层，占有及其重要的市场地位，相当于系统中的心脏，总体市场容量约占通讯设备容量的1/5。其在光网络中占的比重最高，超过25%（100G骨干传输网络，现阶段光芯片的成本高达70%），即使在数据通信中，光模块所占比例也超过10%以上。 在电信100G，数据中心和企业网络需求等驱动下，2015年光通信芯片市场增长4%，未来5年的复合年增长率达8%，到2018年，光芯片及其封装器件市场将达到105亿美元。光传输市场仍然是其最大的市场；而数据中心细分市场增长最快，将以22%的复合年增长率增长，2018年将达45亿美元；光接入市场需求趋于平稳，年需求维持在10亿美元。 在超大规模资料中心及电信骨干/接取网路频宽升级需求带动下，新一代100Gbps宽频通讯技术导入潮正式爆发，预估2015年将较2014年成长8%，2013-2019年的年复合成长率将达到10%。到2018年用于100G的Transceiver将超过10G市场，其规模将超过20亿美元。 一、 重点公司推荐 1、 光迅科技 硅光子技术的最早一批采用者包括微软、IBM、华为、Facebook、Arista、富士通等, MXC 线缆的样品去年年第三季度进入大量生产。硅光子技术的产品化,无疑将加速互联网巨头们“硬件重构”的进程。各大巨头硅光领域目前进展如下（来源：国泰君安）： 
光迅科技一直走在自主研发的前列,是国内光模块芯片的领军企业。公司依靠集团武汉邮科院的强大研发实力在这快目前积极布局, 光迅科技对芯片产品的研究可以追溯到上世纪八十年代，早在1987年，其前身邮电部武汉固体器件研究所研制出国内第一只DFB激光器。目前，光迅科技的芯片产品组合主要供应传输、接入和数据三大领域，相应覆盖的业务包括SFP、PON、10G/6G、QSFP等。其芯片年产值逾8亿人民币，相关器件模块产值24亿人民币。 公司是国内唯一量产10G以下DFB、APD芯片的厂商，DFB、APD芯片年产量全球前三；同时也是国内唯一具备自主研发全系列PLC芯片并且具备规模生产能力的厂商，芯片各项指标达到或超过国际主流芯片厂商的水平。2012年，光迅科技还收购了丹麦Ignis Photonyx A/S（下称“IPX”）100%股份及其所有AWG芯片专利，以此建立高端芯片平台，提升垂直整合能力。 2、 中际装备 中际装备公告，将以发行股份的方式收购苏州旭创100%股权，作价28亿元；同时募集配套资金5亿元，用于光模块研发及生产线建设；旭创现有股东承诺2016-2018年净利润1.75亿、2.11亿、2.83亿。苏州旭创科技有限公司是全球领先的高速光通信模块供应商，研发、设计、制造并销售的高端光模块（10G/25G/40G/100G/100G以上）。专注于开发大容量、小型化、低功耗、低成本的光模块，为云计算、数据中心、下一代网络、无线接入等领域提供更好的解决方案。 苏州旭创的优秀之处主要体现在：①产品档次高：2016年一季度40G/100G光模块收入占比达81%，预计2016全年100G光模块收入占比将达20%以上。②客户非常优质：前五大客户为谷歌、亚马逊、华为、中兴、华三，收入占比达80%。我们判断，公司是谷歌光模块的第一大供应商。③股东实力强大：2014年获得Google资本等投资3800万美元，Google资本现持有旭创股份5.5%。④管理层优秀：创始团队为7名海归博士，其中4人均曾为Opnext（2012年与Oclaro合并，成为仅次于Finisar的全球第二大光器件商）核心技术人员。 苏州旭创在2014年5月与高端光模块龙头Finisar签署《专利许可协议》，获得了Finisar及其关联方拥有的一系列与光电收发模块相关专利许可。 3、 昂纳科技集团 昂纳科技集团成立于2000年10月，是高科技外商独资企业，于2010年4月在香港主板成功上市。经过多年的努力，公司已经发展成一家在光通信、自动化和触摸屏三个领域内领先的高科技企业。公司上半年营业收入达7.46亿港元（同比增长43.3%），净利润达4500万港元（同比增长44.1%），其中传统光通信业务上半年增长达36.5%。 目前，公司已开发及制造出40多个系列的产品，包括7700多个可供销售光通信相关产品部件。公司产品已受到大多为具有领先地位的光网络和子系统供应商认可，其客户包括阿尔卡特-朗迅、华为、Ciena、Infinera等。公司目前也正积极布局硅光领域。 （说明：以上内容为本人研究整理） $光迅科技(SZ002281)$ $中际装备(SZ300308)$ $昂纳科技集团(00877)$ @今日话题 @吉普赛007 @A股黄金十年 @上海电力敢死队
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