早在1979年，我国科学家钱学森就看好光⼦学，并围绕光⼦学提出了光⼦⼯业的概念，⽽到现在很多设想依然没有实现，许多价值还有待挖掘。如今，光芯⽚代表的光⼦学正与电⼦学引发⼀场科学⾰命，芯⽚从电到光，将是我国实现赶超的战略机遇。光⼦⾰命已⾄，但若要光为⼈所⽤，其实也没有想象中那样容易。
现代⼤多数芯⽚的本质，就是将环境信号转换为可精细操控的电信号，或将处理过的电信号转换为环境信号的⼀个过程。同理，光也可转化为电信号。实现光电信号相互转换的核⼼器件，就是光芯⽚。没有它，我们就⽆法与光交流。光芯⽚早已深⼊每个⼈⽣活之中。你我都知道，家⽤电脑若要连接⽹络，都要安装光纤和“光猫”，让这套系统正常运作的功⾂，就是光芯⽚。
这是因为光⼦作为信息载体具有先天的优势，可以实现⼏⼗Tb/s的信息传输速率，实现低交换延迟和⾼传输带宽，实现多路同时通信，同时拥有超低功耗的表现。研究显示，光基设备中的数据以光速移动，相⽐普通电⼦电路，移动速度快10倍。虽然光芯⽚是天赋型选⼿，但要在系统中发挥作⽤，还是离不开电芯⽚。⼆者与PCB、结构件、套管进⼀步构成光器件，并以此为基础加⼯为光模块实现最终功能，最终应⽤于市场。
⽬前，光芯⽚的技术概念有多重含义，包括光通信、光计算、光量⼦等，应⽤⼴泛分布在⼯业、消费、汽⻋、医疗等领域。但它的典型应⽤场景仍然是光通信，也是最核⼼的应⽤领域。光通信指以光纤为载体传输光信号的⼤容量数据传输⽅式，通过光芯⽚和传输介质实现对光的控制。
在光通信产业链中，光芯⽚是最核⼼的部分，⼀般分为2.5Gb/s、10Gb/s、25Gb/s及以上各种调制速率，速率越快对应的光模块在单位时间内传输的信号量就越⼤。与此同时，光芯⽚也是光模块物料成本结构中占⽐最⼤的部分。通常⽽⾔，光芯⽚约占中端光模块物料成本的40%，⼀些⾼端光模块中它的物料成本甚⾄能占到50%以上，反观电芯⽚的成本通常占⽐为10%~30%，越⾼速、⾼端的光模块电芯⽚成本占⽐越⾼。
按功能，光芯⽚主要分为激光器芯⽚和探测器芯⽚两类。激光器芯⽚⽤于发射信号，将电信号转化为光信号，按出光结构进⼀步分为⾯发射芯⽚和边发射芯⽚，主要包括VCSEL、FP、DFB、EML；探测器芯⽚⽤于接收信号，将光信号转化为电信号，主要包括PIN和APD。
光芯⽚的⽣产制造是难点。⽣产⼯序依序为MOCVD外延⽣⻓、光栅⼯艺、光波导制作、⾦属化⼯艺、端⾯镀膜、⾃动化芯⽚测试、芯⽚⾼频测试、可靠性测试验证等。其中，外延⼯艺是光芯⽚⽣产中最主要和最⾼技术⻔槛的环节，⼯艺⽔平直接决定了成本的性能指标和可靠性。⼀款优秀的光芯⽚背后，是⾼昂的投⼊、极⻓的研发周期、较⼤的研发⻛险以及极快的技术更新速度。
由于光芯⽚处在产业链上游，会牵扯出复杂的原材料问题。其本身⼀般由化合物半导体所制造，主要以砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）为代表的III-V族材料为衬底，通过内部能级跃迁过程伴随的光⼦的产⽣和吸收，进⽽实现光电信号相互转换。除此之外，制造过程中还会⽤到电⼦特⽓、光刻胶、湿电⼦化学品等原材料。
光芯⽚作为上游元件，市场主要受下游光模块拉动。据国信证券测算，以光模块⾏业平均25%的⽑利率及Light Counting对光模块全球超150亿美元的市场规模预测估算，2021年光芯⽚全球市场规模约为35亿美元，预计2025年可达60亿美元。
随着数据量需求爆炸式增⻓，⼈们对光芯⽚的速率要求越来越⾼，⽽学术界和⼯业界则将⽬光放到了硅光芯⽚上。展望未来3年，硅光芯⽚（或光电融合）将是光通信的⼀⼤趋势，它将⽀撑⼤型数据中⼼的⾼速信息传输。⽬前，硅光芯⽚技术研究由美国、欧洲和⽇本引领，100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s硅光系列产品占据全球相⼲光模块市场约30%以上。
顾名思义，硅光芯⽚就是在硅光⼦和硅电⼦芯⽚上取⻓补短，发挥⼆者优势。这⼀概念早在40年前就已诞⽣，但硅基发光⼀直是巨⼤难题，因此⼀般是以硅材料为基底，引⼊多种材料实现发光，分为SOI（绝缘体上硅）、SiN、III-V族（GaAs和InP）、硅衬底上铌酸锂薄膜四种制造平台。
复杂的材料学问题引发更多技术难题，诸如硅光耦合⼯艺、晶圆⾃动测试及切割、硅光芯⽚的设计⼯具等技术挑战。另外，受制于产业链、⼯艺⽔平限制，硅光芯⽚还没有在产能、成本、良率上凸显优势。不过，硅光芯⽚的颠覆性引发了研究热潮，技术⽇趋成熟，即将进⼊规模化商⽤阶段。
硅光芯⽚的作⽤远不⾄此，它具有⾼运算速度、低功耗、低时延等特点，在制造⼯艺上，与微电⼦器件类似，但⼜不必追求⼯艺尺⼨的极限缩⼩，也许是帮助⼈们突破摩尔定律天花板的关键。更重要的是，做好它就相当于打通光⼦⼯业的关节。科学家普遍认为，光⼦可以像电⼦⼀样作为信息载体来⽣成、处理、传输信息，其中光计算就是重要先进领域之⼀。
光通信的光电转换技术可以应⽤在光计算中，⽽光计算所要求的低损耗、⾼密度光⼦集成也会进⼀步促进光通信发展。未来5年~10年，以硅光芯⽚为基础的光计算将逐步取代电⼦芯⽚的部分计算场景。
据Yole预测，从2020年到2026年，硅光芯⽚的全球市场规模将从8700万美元升⾄11亿美元。其中，消费者健康、数据中⼼、光⼦计算、共封装引擎、⻓距离收发器将是主要细分市场。
理想是丰满的，想要⾛那么远，还是要脚踏实地，先做好现有的光通信芯⽚。欧美⽇在光芯⽚上技术起步早、积累多，是市场的主导者。这些国家的研究机构和先进企业通过不断积累核⼼技术和⽣产⼯艺，逐步实现产业闭环，建⽴起了极⾼的⾏业壁垒。
反观国内则起步较晚，⾼速率光芯⽚（25Gb/s及以上速率）严重依赖进⼝，与国外产业领先⽔平存在明显差距。数据显示，我国2.5Gb/s光通信芯⽚国产化率接近50%，但10Gb/s及以上的光通信芯⽚国产化率却不超过5%，⾮常依赖Lumentum、Broadcom、三菱、住友等公司。
与此同时，虽然光芯⽚国产商普遍拥有晶圆外延环节以外的后端加⼯能⼒，但核⼼的外延技术并不成熟，⾼端的外延⽚需要进⼝，⼤⼤限制了⾼端光芯⽚发展。
2017年，中国电⼦元件⾏业协会发布的《中国光电⼦器件产业技术发展路线图（2018-2022年）》中指出，我国⼚商只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器、探测器、调制器芯⽚以及PLC/AWG芯⽚的制造⼯艺和配套IC的设计、封测能⼒，⾼端芯⽚能⼒⽐国际落后1~2代以上，且缺乏完整、稳定的光芯⽚加⼯平台和⼈才，导致芯⽚研发周期⻓、效率低，逐渐与国外的差距拉⼤。
彼时明确了重点是25Gb/s及以上速率激光器和探测器芯⽚。
到了2022年，国产⾼端光芯⽚有明显突破，但依旧⼤幅落后于国际巨头。⽽关键的25Gb/s激光器和探测器芯⽚⽅⾯，源杰科技、武汉敏芯、云岭光电、光迅科技等企业开始量产，不过整体销售规模仍然较⼩。以源杰科技为例，其10Gb/s、25Gb/s激光器芯⽚系列产品出货量在国内同类产品中已名列前茅，但其2022年上半年销售额仅为4100万元。
对国产光芯⽚追逐者来说，分⼯模式是关键。芯⽚⾏业分为Fabless（设计公司）和IDM（设计、制造、封装全流程）两种模式，其中IDM模式是主导光芯⽚的主要模式。⼀⽅⾯，光芯⽚的核⼼在于晶圆外延技术；另⼀⽅⾯，由于采⽤III-V族半导体材料，因此要求光芯⽚设计与晶圆制造环节相互反馈验证。
纵览市场，国产光芯⽚典型玩家均选择了IDM模式，如仕佳光⼦、⻓光华芯、源杰科技。⼀⽅⾯，IDM能够及时响应市场需求，灵活调整产品⽣产过程中各种⼯艺参数；另⼀⽅⾯，能够⾼效排查问题，精准触达产品设计、⽣产、测试环节问题；另外，IDM模式形成了完整的闭环流程，不仅全部⾃主可控，同时能够有效保护知识产权。
近两年，光芯⽚在投融资界也热闹异常。据果壳硬科技统计，25Gb/s及以上⾼速率光芯⽚、⻋⽤激光雷达芯⽚和硅光电⼦（光电融合）是最为热⻔和吸⾦的赛道，也是商业化较近的项⽬。另⼀些项⽬则更聚焦在未来，如光计算、光量⼦，这些项⽬商业化进程动辄⼗年、⼆⼗年，⾮常具有前瞻性。
掌握先进的光芯⽚技术，是各国争相竞逐的关键。以美国为例，不仅在政策上不断倾斜，以IBM、Intel为代表的⼯业巨头、以MIT、UCSB为代表的学术界领军机构都在不遗余⼒地发展⼤规模光⼦集成芯⽚。另外，欧盟的“地平线2020”计划和⽇本的“先端研究开发计划”中也涉及光电⼦集成研究项⽬。
种种动作，预示着⼀场以光为核⼼的科技⾰命，正在酝酿之中。中科创星创始合伙⼈⽶磊曾提出“⽶70定律”，即光学技术是推动科技产品进步的关键瓶颈技术，光学成本占未来所有科技产品成本的70％。
纵观历史，科技⾰命的扩散周期⼤约为60年，集成电路从20世纪60年代诞⽣⾄今也已过去60年，光芯⽚⽆疑是引领下⼀个60年的关键。当然，光⼦也并不是要完全替代掉电⼦，⽽是相互协同。属于光芯⽚的时代已经到来，但芯⽚⾏业⼀直残酷地循环着优胜劣汰和洗牌，谁能追逐得更快，谁才会成功。