無論是FMCW激光雷達(dá)，智能手表還是數(shù)據(jù)中心，龐大的數(shù)據(jù)量需求已經(jīng)讓硅光子芯片開始滲透進(jìn)我們生活的方方面面。隨之涌現(xiàn)的，是一大批硅光子芯片初創(chuàng)企業(yè)，然而對于這些公司來說，設(shè)計(jì)上的難題需要攻關(guān)，也必須得解決生產(chǎn)制造上的難題，而這一重?fù)?dān)自然就放在了各大代工廠的肩上。

我們可以看一下上面這張Yole去年發(fā)布的這張硅光子“版圖”，可以看出具有代工硅光元件實(shí)力的廠商并不少。而這些廠商最近也是動作頻出，為的就是在占據(jù)這一發(fā)展迅猛技術(shù)的生產(chǎn)制造市場。

GF Fotonix：格芯的下一代硅光子平臺

3月7日，格芯公布了下一代硅光子平臺GF Fotonix，業(yè)界首個將差異化的300mm光子和300GHz級別的CMOS集成在一個晶圓上的方案，格芯也是唯一一家具備300mm單片硅光子高速解決方案的純代工廠。憑借如此高的集成度，客戶可以在光子集成電路上實(shí)現(xiàn)更多產(chǎn)品功能，并簡化BOM。

GF Fotonix的集成方案 / 格芯

此前格芯已經(jīng)有了90WG（90nm）和45CLO（45nm）兩個硅光子工藝節(jié)點(diǎn)，GF Fotonix很可能就是基于這兩個節(jié)點(diǎn)打造的。這兩個節(jié)點(diǎn)滿足了不僅滿足了O波段的需求，也滿足了C波段和L波段的需求，可以說是覆蓋全面了。

格芯還宣布與英偉達(dá)、博通、思科、美滿以及一眾硅光子芯片、量子芯片初創(chuàng)公司AyarLabs、Lightmatter、PsiQuantum、Ranovus和Xanadu達(dá)成合作，這其中既有新客戶，如英偉達(dá)，也有不少合作多年的老客戶，比如Lightmatter。從上面那張圖可以看出，可以無論是硅光子設(shè)計(jì)、收發(fā)器還是系統(tǒng)公司，都有不少主要玩家選擇了與格芯“結(jié)盟”。讓人好奇的是，英偉達(dá)在數(shù)據(jù)中心上的推進(jìn)終于也到了硅光子芯片，而且據(jù)其聲明來看是高帶寬低功耗的光互聯(lián)產(chǎn)品，但考慮到已經(jīng)收購了Mellanox，邁出這一步確實(shí)是遲早的事。

代工和自研：英特爾雙管齊下

其實(shí)Yole的那張圖除了沒有包含到一些優(yōu)秀的硅光子芯片初創(chuàng)企業(yè)外，也還有一處缺了時(shí)效性，那就是英特爾自己開放的硅光子芯片代工和被英特爾收購的TowerSemiconductor（高塔半導(dǎo)體）高塔半導(dǎo)體。

高塔半導(dǎo)體的位于美國加州的PH18代工廠就是這樣一座硅光代工廠，滿足O波段與C波段數(shù)據(jù)中心互聯(lián)市場不斷增長的需求。除了面向所有硅光子客戶的開放平臺外，還有供特定客戶以及小批量原型設(shè)計(jì)的封閉工藝，合作客戶就包含被新易盛收購的Alpine Optoelectronics，其nCP4硅光子PAM4 模塊就是從該代工廠出爐的。

100G硅光子光收發(fā)器 / 英特爾

此外，早在硅光子代工業(yè)務(wù)之前，英特爾就已經(jīng)這個領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)之一了。在數(shù)據(jù)中心的硅光子光收發(fā)器中，英特爾早已占據(jù)了半數(shù)以上的市場份額。考慮到英特爾還沒有公布硅光子芯片代工的具體計(jì)劃，讓人不禁好奇究竟會不會將其老底掏出來供其他公司所用。

不僅如此，英特爾也在探索自動駕駛上的硅光子技術(shù)，比如為Mobileye打造的下一代運(yùn)用硅光子技術(shù)的FMCW激光雷達(dá)芯片。這一芯片就將基于英特爾在新墨西哥建立的硅光子制造工廠打造，并聲稱可見其成本縮減至數(shù)百美元。

臺積電真就不堪一擊？

既然格芯和英特爾都已經(jīng)搞出了這么大的動作，難道臺積電作為代工“老大哥”就真的無動于衷嗎？并非如此，臺積電作為純代工廠，雖然不說是面面俱到，但在硅光子技術(shù)迅速發(fā)展的當(dāng)下，也在積極發(fā)展促進(jìn)硅光子集成的封裝技術(shù)，只不過與臺積電其他代工業(yè)務(wù)相比，所占份額還是太少了。

2017年，被思科收購之前的Luxtera就曾宣布，與臺積電合作在后者的300mmCMOS晶圓代工廠中開發(fā)一個獨(dú)特的硅光子平臺。2018年，Luxtera宣布在這個TSV硅通孔技術(shù)支持的平臺上開發(fā)的多個硅光子元件，均實(shí)現(xiàn)了顯著的性能提升，比如PAM-4 100G收發(fā)器等等。

EIC與PIC的單片集成與異構(gòu)集成 / 臺積電

此外，去年臺積電還發(fā)布了一個新的硅光解決方案COUPE（緊湊通用的光電引擎）。臺積電表示，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)流量的爆發(fā)式發(fā)展使得硅光子芯片開始轉(zhuǎn)向高速率和低功耗，而COUPE解決的就是性能、功耗和成本的平衡問題。

固然速率和能效的問題完全可以通過單片集成來實(shí)現(xiàn)，但各家代工廠都面臨著一大問題，那就是EIC（電子集成電路）與PIC（光子集成電路）在工藝節(jié)點(diǎn)上存在差異。而COUPE作為一種異構(gòu)集成技術(shù)，可以顯著減小電耦合的損耗。COUPE在EIC和PIC的電接口上擁有更低的寄生電容，與傳統(tǒng)的uBump相比，電容要低上85%，在同樣的速率下，功耗還要低上30%，若是相同功耗的話，則COUPE的速度可以達(dá)到uBump的170%。與TSV+uBumo的組合相比，PDN阻抗要少51%。

COUPE的存在就是向諸多硅光芯片廠商宣稱，利用臺積電先進(jìn)的異構(gòu)集成技術(shù)，一樣可以打造出性能極度優(yōu)秀的硅光芯片，尤其是在HPC領(lǐng)域。這就是臺積電得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，所以所謂的弱勢其實(shí)并不存在。

結(jié)語

無論是格芯的單片集成，還是臺積電的異構(gòu)集成，其實(shí)都為硅光子芯片的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了靈活的選項(xiàng)。除了性能上的差異外，最重要的還是成本和量產(chǎn)。所以代工廠之間的內(nèi)卷，受惠的還是硅光子芯片廠商。