硅光代工市場(chǎng)成香餑餑 代工廠商爭(zhēng)相布局
近日，聯(lián)電宣布與imec達(dá)成技術(shù)授權(quán)協(xié)議，獲得imec的iSiPP300硅光子制程技術(shù)，該制程兼容共封裝光學(xué)（CPO），將助力聯(lián)電加速硅光子技術(shù)發(fā)展。目前，聯(lián)電已與多家新客戶展開合作，計(jì)劃于2026至2027年在該平臺(tái)上進(jìn)行光收發(fā)器光子芯片的風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)。
繼格芯和Tower之后，晶圓代工廠聯(lián)電也加入了硅光代工的競(jìng)爭(zhēng)行列。
硅光市場(chǎng)：名副其實(shí)的香餑餑
隨著AI工作負(fù)載的爆發(fā)式增長(zhǎng)，計(jì)算能力需求每年以四到五倍的速度攀升，但數(shù)據(jù)傳輸效率卻未能同步提升。傳統(tǒng)銅纜傳輸依賴電子信號(hào)，在短距離低速場(chǎng)景下表現(xiàn)穩(wěn)定，然而當(dāng)傳輸速率突破400Gbps并向800Gbps、1.6Tbps邁進(jìn)時(shí)，銅導(dǎo)線的物理特性導(dǎo)致信號(hào)衰減嚴(yán)重，能耗大幅增加。
產(chǎn)業(yè)界普遍認(rèn)為，采用光子替代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓韫庾蛹夹g(shù)，是解決高能耗與信號(hào)延遲問(wèn)題的關(guān)鍵手段。
據(jù)TrendForce集邦咨詢分析，AI服務(wù)器集群的建設(shè)熱潮正推動(dòng)高速互連技術(shù)升級(jí)，促使全球光通信市場(chǎng)進(jìn)入新一輪擴(kuò)張周期。隨著數(shù)據(jù)傳輸瓶頸從服務(wù)器間延伸至機(jī)架內(nèi)乃至芯片間，硅光子技術(shù)已成為突破互連限制的核心。
光通信行業(yè)研究機(jī)構(gòu)LightCounting預(yù)測(cè)，100 GbE及更高速的以太網(wǎng)光芯片數(shù)量將快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)從2024年的3660萬(wàn)顆增至2029年的8050萬(wàn)顆。其中硅光芯片增長(zhǎng)最快，將從2024年的960萬(wàn)顆增長(zhǎng)到2029年的4550萬(wàn)顆。
硅光市場(chǎng)的高速增長(zhǎng)，催生了大量硅光芯片代工訂單。業(yè)內(nèi)人士指出：“2030年后，當(dāng)硅光子技術(shù)應(yīng)用于AI服務(wù)器的單芯片時(shí)，將決定代工市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力?！?/p>
此外，硅光代工的工藝適配性較強(qiáng)。硅光代工可直接利用全球成熟的CMOS晶圓廠基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)光刻、蝕刻等標(biāo)準(zhǔn)化半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。這種兼容性省去了新建專用產(chǎn)線的巨額投入，且晶圓級(jí)批量制造能顯著降低單位生產(chǎn)成本。
最后，硅光代工具有較高的工藝壁壘。硅光并非簡(jiǎn)單地在硅片上制作光路，而是需要光波導(dǎo)、調(diào)制器、探測(cè)器、激光集成（如AMF專注的InP-on-Si）、低損耗耦合（如ST PIC100采用的邊沿耦合）等一系列協(xié)同工藝。這些能力無(wú)法快速形成，需長(zhǎng)期投入與客戶迭代積累。
可見，硅光子代工已成為各大代工廠商覬覦的香餑餑。
代工廠的盈利路徑
今年以來(lái)，晶圓代工廠在硅光領(lǐng)域動(dòng)作頻頻。
首先是臺(tái)積電。去年，臺(tái)積電就表示正在研發(fā)緊湊型通用光子引擎（COUPE）技術(shù)，以應(yīng)對(duì)AI熱潮帶來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸需求爆發(fā)。預(yù)計(jì)2026年將其與CoWoS封裝整合為共封裝光學(xué)元件，實(shí)現(xiàn)光連結(jié)直接導(dǎo)入封裝。臺(tái)積電硅光子技術(shù)相比銅互連，功耗降低超10倍，延遲縮減至1/20，主要應(yīng)用于AI服務(wù)器、高性能計(jì)算的數(shù)據(jù)傳輸。英偉達(dá)在技術(shù)商品化中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其Quantum-X交換機(jī)平臺(tái)將率先采用COUPE技術(shù)，下一代Rubin平臺(tái)也計(jì)劃大量應(yīng)用硅光子。
其次是Tower Semiconductor。今年，Tower宣布將硅光制造產(chǎn)能翻倍，2026年中期增至三倍。該公司在美國(guó)和以色列運(yùn)營(yíng)200mm硅光晶圓廠，在日本擁有一座300mm硅光晶圓廠。
Tower首席執(zhí)行官Russell Ellwanger表示：“我們?cè)诠饽K所需的硅鍺（SiGe）與硅光（SiPho）技術(shù)領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先地位，加上數(shù)據(jù)中心需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，Tower在收入和利潤(rùn)方面具備前所未有的增長(zhǎng)潛力?！?/p>
Tower市值已實(shí)現(xiàn)翻倍，核心原因是硅光領(lǐng)域產(chǎn)能需求旺盛、市場(chǎng)需求大幅增長(zhǎng)。2025年第三季度，Tower營(yíng)收3.96億美元，環(huán)比增長(zhǎng)6%，預(yù)計(jì)第四季度營(yíng)收達(dá)4.4億美元，同比增長(zhǎng)14%，環(huán)比增長(zhǎng)11%。
11月，Tower還推出了CPO Foundry，擴(kuò)展了其為CIS開發(fā)的300mm晶圓鍵合技術(shù)。
格芯在停止先進(jìn)制程研發(fā)后，轉(zhuǎn)向射頻、電源管理及硅光子等特色工藝。格芯在硅光代工領(lǐng)域布局較早，2022年推出硅光子平臺(tái)Fotonix，成為業(yè)界首個(gè)將300毫米光子學(xué)特性與300Ghz級(jí)RF-CMOS工藝集成到硅片的平臺(tái)。
近期，格芯收購(gòu)了新加坡硅光子代工廠鑫精源半導(dǎo)體（Advanced Micro Foundry）。格芯稱，這是推進(jìn)創(chuàng)新戰(zhàn)略和鞏固硅光子領(lǐng)域領(lǐng)先地位的關(guān)鍵一步，將整合鑫精源的制造資產(chǎn)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)與專業(yè)人才，擴(kuò)大在新加坡的硅光子技術(shù)組合、生產(chǎn)能力和研發(fā)能力，補(bǔ)充美國(guó)現(xiàn)有技術(shù)能力。收購(gòu)?fù)瓿珊?，按營(yíng)收計(jì)算，格芯將成為全球最大的純硅光子芯片代工廠。
鑫精源半導(dǎo)體長(zhǎng)期研發(fā)新型光調(diào)制材料，致力于將InP激光芯片集成到硅基平臺(tái)，過(guò)去15年服務(wù)了300多家客戶。格芯透露，未來(lái)計(jì)劃將AMF的200mm硅光產(chǎn)線升級(jí)至300mm。
此外，三星也全力投入硅光子技術(shù)，欲在硅光代工市場(chǎng)分一杯羹。
據(jù)韓國(guó)媒體報(bào)道，三星電子器件解決方案（DS）事業(yè)部已將硅光子學(xué)選為未來(lái)核心技術(shù)，并開始為新加坡專屬研發(fā)中心招募資深專家。該研發(fā)中心由副總裁、前臺(tái)積電員工崔景建領(lǐng)導(dǎo)，與總部技術(shù)開發(fā)辦公室（由晶圓代工事業(yè)部總裁兼首席技術(shù)官南錫佑領(lǐng)導(dǎo)）緊密合作推進(jìn)技術(shù)發(fā)展。
目前，三星正調(diào)動(dòng)韓國(guó)、新加坡、印度、美國(guó)和日本的全球研發(fā)網(wǎng)絡(luò)，開展硅光子技術(shù)研發(fā)。近期，三星將負(fù)責(zé)硅光子技術(shù)研發(fā)的高級(jí)主管李康浩晉升為副總裁，并聘請(qǐng)了英特爾前首席產(chǎn)品官研究員樸賢大。
瞄準(zhǔn)硅光代工的不僅有晶圓代工廠商，還有具備制造能力的IDM企業(yè)。
十年前，意法半導(dǎo)體已涉足硅光技術(shù)。今年，ST推出PIC100新技術(shù)，這是目前市場(chǎng)上唯一支持300毫米晶圓的單通道200Gbps純硅技術(shù)平臺(tái)。
硅光PIC100的優(yōu)勢(shì)在于緊湊性和集成性，能夠?qū)⒔邮掌骱褪瞻l(fā)器集成到單個(gè)芯片，包括收發(fā)器的調(diào)制器和接收器的光電二極管。若利用光纖多波長(zhǎng)傳輸數(shù)據(jù)，復(fù)用器（MUX）和解復(fù)用器（DMUX）也可納入其中。
此外，PIC100采用全新材料堆疊，實(shí)現(xiàn)光纖與光芯片的高效邊沿耦合，取代傳統(tǒng)垂直耦合技術(shù)，減少系統(tǒng)損耗——這一直是傳輸技術(shù)開發(fā)者面臨的難題。
據(jù)悉，PIC100已被全球最大的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商和光收發(fā)器領(lǐng)先企業(yè)采用。PIC100將在ST法國(guó)克羅爾的300毫米晶圓廠生產(chǎn)，計(jì)劃2025下半年開始量產(chǎn)。
為吸引客戶，ST表示不會(huì)開發(fā)自有產(chǎn)品，避免與客戶競(jìng)爭(zhēng)。
中國(guó)硅光代工的參與者
從硅光技術(shù)來(lái)看，中國(guó)已躋身國(guó)際第一梯隊(duì)，部分研究和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)并跑。國(guó)內(nèi)硅光代工也在積極發(fā)展。
2023年，湖北省政府發(fā)布加快“世界光谷”建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃，提出支持武漢新芯、國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心、九峰山實(shí)驗(yàn)室、江城實(shí)驗(yàn)室等建設(shè)國(guó)內(nèi)首個(gè)12英寸商用硅光芯片創(chuàng)新平臺(tái)，構(gòu)建國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際一流的硅光芯片供應(yīng)能力并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，加快硅基化合物異質(zhì)集成能力應(yīng)用，建立世界領(lǐng)先技術(shù)體系。計(jì)劃2024年底前完成硅光工藝平臺(tái)通線和工藝設(shè)計(jì)套件（PDK）開發(fā)；2025年完成12英寸基礎(chǔ)硅光流片工藝開發(fā)，形成國(guó)際領(lǐng)先的硅光晶圓代工和生產(chǎn)制造能力；2030年打造12英寸硅基光電融合工藝線，建成全球前三的硅光芯片特色工藝線，器件性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先，形成廣泛光電子芯片加工能力。
國(guó)內(nèi)硅光代工大致分為三類：專業(yè)硅光代工平臺(tái)、光模塊與光器件企業(yè)自建代工線、半導(dǎo)體制造企業(yè)延伸硅光代工。
專業(yè)硅光代工平臺(tái)包括國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心（NOEIC）、重慶聯(lián)合微電子中心（CUMEC）、上海微技術(shù)工業(yè)研究院（SITRI）、陜西光電子先導(dǎo)院。其中，位于武漢的國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心（NOEIC）建成國(guó)內(nèi)最完整的8英寸和12英寸硅光子PDK與MPW服務(wù)平臺(tái)，提供硅光芯片設(shè)計(jì)、流片、測(cè)試等一站式服務(wù)，支持1.6T硅光互連芯片等高端產(chǎn)品研發(fā)。
光模塊與光器件企業(yè)自建代工線的有中際旭創(chuàng)、光迅科技、華工科技、新易盛。中際旭創(chuàng)作為全球光模塊龍頭，自研硅光芯片并建設(shè)代工能力，產(chǎn)品覆蓋400G、800G、1.6T硅光模塊；光迅科技擁有成熟硅光平臺(tái)，批量生產(chǎn)400G、800G硅光模塊，具備硅光芯片代工能力。
半導(dǎo)體制造企業(yè)延伸硅光代工的代表有：燕東微12英寸SOI工藝平臺(tái)完成部分關(guān)鍵工藝開發(fā)；賽微電子持續(xù)推進(jìn)硅光系列芯片工藝開發(fā)及晶圓制造布局，境內(nèi)產(chǎn)線已能為光通信、光互連、光計(jì)算等領(lǐng)域客戶提供硅光工藝開發(fā)與小規(guī)模試制服務(wù)，MEMS-OCS產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)小批量試產(chǎn)。
結(jié)語(yǔ)
硅光技術(shù)將給光模塊產(chǎn)業(yè)帶來(lái)根本性變革，其影響遠(yuǎn)超工藝改進(jìn)。硅光技術(shù)的核心價(jià)值在于芯片設(shè)計(jì)與晶圓制造，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)范式從“封裝主導(dǎo)”轉(zhuǎn)向“芯片設(shè)計(jì)主導(dǎo)”。
當(dāng)前，硅光產(chǎn)業(yè)處于高速發(fā)展階段。一方面，英特爾、英偉達(dá)、思科、IBM等科技巨頭積極布局，投入大量資源進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)線建設(shè)；另一方面，企業(yè)并購(gòu)與產(chǎn)業(yè)鏈整合加速，競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。
未來(lái)已至，只是分布不均。硅光這塊香餑餑，正被代工廠商們虎視眈眈。
本文來(lái)自微信公眾號(hào) “半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫”（ID：ICViews），作者：九林，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
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