光子芯片：一場正在發(fā)生的“換道”革命

中國在光子芯片領域，并非后來者。

上海交通大學特聘教授、長江學者、上海交大無錫光子芯片研究院院長、圖靈量子CEO金賢敏的科研軌跡，幾乎就是中國光子芯片從0到1的縮影。2003年，他開始涉足光量子信息；2010年，轉向光子芯片；2014年，他在上海交大自主搭建起光子芯片加工平臺，開始小批量試制；2021年正式創(chuàng)業(yè)后，他帶領團隊全力推進工程化落地。僅用三年時間，就在2024年9月建成并啟用了國內首條光量子芯片中試線；到2025年6月，這條產線已實現(xiàn)與下游應用端的產業(yè)拉通，真正形成了覆蓋‘設計—流片—封裝—測試—量產’的全鏈條、自主可控能力。

深圳灣芯展期間，半導體產業(yè)縱橫采訪了金院長，深度交流了光子芯片賽道的進展。金賢敏坦言：“在光子芯片賽道，我們不是追趕，是搶跑了?！钡@句“搶跑”，說得并不輕松。因為真正的較量才剛剛開始。

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電子逼近極限，光開始登場

英偉達最新發(fā)布的B300 GPU，互聯(lián)帶寬高達8 TB/s，功耗卻飆升至1200W。數(shù)據中心內部的信號延遲主要來自板級和封裝級的電互連，而內存訪問速度遠遠落后于計算單元，這就是著名的“內存墻”。

與此同時，頂級AI大模型的計算需求每6.2個月翻倍，訓練成本呈指數(shù)級攀升。未來十年，全球對算力的需求可能增長千倍，但摩爾定律已經逼近物理極限，電子芯片的性能增長曲線已明顯平緩。

金賢敏直言“計算中心的迭代演進已經幾乎沒有替代空間，已經到了必須上光子芯片的階段?！?/strong>

如今，光子芯片已經是業(yè)內公認的“下一個賽道”。它既能支撐光量子計算，也能利用光的波長、相位、空間等多自由度，實現(xiàn)高并行、低功耗的經典光計算。更重要的是，它天然適合高速互連，解決芯片間數(shù)據搬運瓶頸，且?guī)缀醪话l(fā)熱，能耗極低。但金賢敏強調，未來并非“光取代電”，而是“光電融合”。他表示：“哪里有計算速度、通信帶寬、處理能力的瓶頸，光計算就能補上，最終形成光電融合的芯片系統(tǒng)，這會是長期趨勢?！?/p>

從當前的產業(yè)需求來看，光子芯片的應用會從“最痛點”切入：計算和數(shù)據中心數(shù)據連接。金賢敏提到“有人說未來GPU不重要了，‘連接能力’才是核心。要把CPU、GPU、HBM這些計算資源在板級、服務器級甚至集群級高效連接起來，只有光能做到。”他還提到了一個強需求場景：星際通信。比如SpaceX的星鏈，或中國版星鏈，衛(wèi)星間需要高通量通信。目前星間鏈路多為單通道或四通道，容量僅幾十Gbps。未來要支撐全球無縫連接，每顆衛(wèi)星之間的通信能力必須提升到數(shù)百Gbps甚至Tbps級別，通道數(shù)也要從幾個增加到上千個。只有光子芯片才能承載這樣的通量密度。金賢敏表示：“未來光子芯片在星際互聯(lián)網之間，基于低軌衛(wèi)星、中高軌衛(wèi)星的互聯(lián)網之間，對芯片的需求會像CPU從386、486到586那樣持續(xù)迭代。隨著容量的逐漸擴大，需要不斷地更換模塊，也能推動5G之后的新型通信范式。”

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先機已至，但勝負未定

技術可以領先，但產業(yè)不會自動落地。前沿科技總是會面臨困局：實驗室成果頻出，卻難逃“死亡之谷”：從0到1的中試環(huán)節(jié)薄弱，從1到10的工程化路徑斷裂。光子芯片更需要打通全鏈條的領域。它不是傳統(tǒng)半導體的延伸，也不是純學術研究，而是材料、工藝、封裝、系統(tǒng)集成與市場驗證的高度協(xié)同。

當前，中國已建成全球首個光子芯片中試平臺，率先打通全鏈條技術閉環(huán)。2024年9月，由上海交大無錫光子芯片研究院建設的國內首條光子芯片中試線在無錫正式啟用，該平臺覆蓋“設計—流片—封裝—測試”全閉環(huán)工藝，實現(xiàn)光量子芯片全鏈條貫通。金賢敏團隊自2021年項目啟動后，用約3年時間完成中試線建設，2025年6月首片6寸薄膜鈮酸鋰晶圓下線，進一步實現(xiàn)從科研樣片到規(guī)?；慨a的能力閉環(huán)。談到一直在攻克的光子芯片賽道，金賢敏說到：“我們填補的是從實驗室走向產業(yè)化的‘死亡之谷’。”

當前國內光子芯片發(fā)展雖多元，但多數(shù)集中在組裝層級。此前，無論是臺積電、中芯國際，還是新加坡AMF等代工廠，雖具備部分光器件制造能力，但均依托電子芯片平臺運行，并非專為光子系統(tǒng)設計，也不向科研團隊開放全流程服務。“在全球范圍內，我們是第一個建成光子芯片中試產線的?！?/strong>金賢敏表示。目前，美國和歐洲分別有兩家具備部分中試能力的平臺，但均未完全打通面向光量子與光計算的晶圓級量產閉環(huán)。最近，CHIPX還正式發(fā)布薄膜鈮酸鋰光子芯片PDK（工藝設計包），并推出面向光子芯片領域全鏈垂直大模型LightSeek，這標志著我國光子芯片從實驗室走向規(guī)模化量產邁出關鍵一步。

我們都知道，光子芯片與電子芯片的邏輯完全不同，“沒有EUV就做不了先進制程”這一條鐵律難不倒光子領域的發(fā)展。CHIPX平臺目前基于成熟DUV光刻機，通過堆疊、封裝、套刻等工藝創(chuàng)新，已實現(xiàn)等效7納米級別的光子器件制造。“雖然良品率有下降，但證明我們的工藝能力很強、智慧和勤奮沒問題?！苯鹳t敏強調，“很關鍵的一點是，制程不受影響?！痹谒磥?，光子芯片的核心壁壘不在設備，而在對復雜物理機理的深入理解和長期耐心的工藝積累，這正是中國科研團隊的優(yōu)勢所在。

盡管實現(xiàn)了“搶跑”，但金賢敏并不輕松。“我們的智慧和勤奮沒問題，工程師的能力也沒問題?！苯鹳t敏坦言，“真正缺的是持續(xù)穩(wěn)定地資金投入，需要系統(tǒng)化的攻堅。巧婦難為無米之炊，但我們是‘巧婦有米，但米不夠多’。”當前CHIPX已建成“最小技術閉環(huán)”，但在多材料體系融合、單臺設備穩(wěn)定性等方面仍需持續(xù)投入。

資金投入的差距正直接拉大產業(yè)化進度。國際光子芯片領域已涌現(xiàn)一批高估值企業(yè)：英國PsiQuantum今年完成了10億美元的E輪融資，估值躍升至70億美元。加拿大Xanadu累計融資2.75億美元；美國Ayar Labs則聚焦硅光互連，已獲英特爾、英偉達等戰(zhàn)略投資，已累計融資達到3.7億美元。相比之下，國內光子芯片企業(yè)雖融資活躍（如圖靈量子累計融資8億元，投資方包括中芯國際等一線機構），但整體資本支持力度仍顯不足?！皠e人可以用十倍的錢砸出來，把我們的先發(fā)優(yōu)勢抹平?！苯鹳t敏直言，“我們的資金使用效率比國外高好幾倍，但架不住別人用10倍，甚至20倍的投入來追趕?！爆F(xiàn)在的關鍵是“用好先機”。前沿科技創(chuàng)新上，中國高校和科研單位已在多個點上領跑；CHIPX平臺更是實現(xiàn)了全球首個光子芯片中試線的搶跑。但進入產業(yè)轉化階段，若投資力度和政府支持跟不上，發(fā)展速度就會慢下來。交流中，金院長也表達了他的擔憂：“有些投資機構或地方政府對‘短期內不產生稅收’的硬科技項目趨于保守。這可能導致我們在三、四年后再度落后。以我們今天的經濟體量、科學家水平和已有的先機優(yōu)勢，如果因為資源斷檔而掉隊，是不可接受的。我不是一個焦慮的人，但我希望把這種焦慮傳遞出去。傳給產業(yè)界、資本界和政府。因為這個焦慮是實實在在的——人無遠慮，必有近憂?！?/p>

03

兩條腿走路：前沿探索與產業(yè)落地的平衡

如何在“未來潛力”和“當下產出”之間找到平衡，是所有前沿科技平臺面臨的難題。金賢敏所在的CHIPX平臺，正是這樣一個試驗場。作為上海交大孵化的新型研發(fā)機構，它既服務于高?？蒲袌F隊的技術轉化，也對接企業(yè)的產品化需求。

“小孩才做選擇，大人什么都要。”他說。在他看來，技術探索與產業(yè)落地不是非此即彼的關系，而是必須學會兩條腿走路，一方面，支持頂尖科學家團隊，提供孵化資金、流片服務，甚至直接參與研發(fā)打磨，幫助實驗室成果走向標準化工藝；另一方面，聚焦圖靈量子這類方向明確的企業(yè)，推動“從技術到產品”的閉環(huán)，加速“見實效”。他以歐洲IMEC為例：早年依靠政府長達十年的穩(wěn)定投入，不僅建成了微納電子與光子集成的全球技術樞紐，更吸引包括中國在內的全球科研團隊和企業(yè)將芯片送過去流片。IMEC之所以能維持這樣的生態(tài)位，核心就在于長期戰(zhàn)略定力。

金院長也提到圖靈量子正是這一“雙輪驅動”模式的產物。鑒定的推動研究和產業(yè)結合，截至目前，圖靈量子已完成5輪融資，累計8億元。金賢敏強調，選擇“光量子”賽道是幸運的。在全球非上市量子計算公司中，光量子路線市值排名第一——PsiQuantum估值70億美元，圖靈量子緊隨其后。我們也看到當下愈發(fā)濃厚的產業(yè)氛圍，深圳更是在光量子賽道首當其沖，今年“第三屆芯片大會暨Chip 2024中國芯片科學十大進展頒獎典禮”落地灣芯展召開，規(guī)模較上一屆翻倍、走廊里都也都擠滿了人。

光量子的優(yōu)勢在于：可在室溫運行，兼容現(xiàn)有半導體設備，錯誤率低（任務準確率超90%），且天然適配AI優(yōu)化場景。更重要的是，光量子計算所需的極低損耗、高帶寬、大規(guī)模光網絡等關鍵技術，具有強大的“沿途下蛋”能力。例如，圖靈的計算單元可達數(shù)百至數(shù)千個，遠超傳統(tǒng)光模塊的4通道；其寬譜段調控能力（覆蓋可見光到紅外）可直接下沉至光計算CPU、高速調制器、衛(wèi)星激光通信、激光雷達等場景。正如金賢敏說：“我們把光量子計算作為金字塔頂端，光計算作為腰部，光連接與專用芯片作為底座，這些技術不是80%重疊，而是幾乎完全重疊——這是一種降維打擊?！闭蛉绱?，他堅信圖靈量子有機會成長為萬億級公司。

在整個交流中，我們看到金賢敏對前沿技術的執(zhí)著追求，也感受到他對對創(chuàng)新應用落地的熱情投入，對政府、投資界支撐的呼喚，對產業(yè)界協(xié)同的呼喚。

金賢敏和他的團隊，正在做的，是一場靜默的遠征。光的速度從不等待，點亮一條新賽道，我們亦不能停步。搶跑只是開始，把先機轉化為不可逆轉的領先，才是這場遠征的意義所在。

【鏤芯者】第十五期：金賢敏，長江學者、上海交通大學特聘教授、上海交大無錫光子芯片研究院院長、圖靈量子公司CEO。作為量子信息與光子芯片領域的先鋒科學家，他深耕前沿技術研發(fā)與產業(yè)轉化，帶領團隊突破光子芯片關鍵技術，推動量子計算與光子信息技術的融合創(chuàng)新。從學術實驗室到產業(yè)一線，他以科學家與創(chuàng)業(yè)者的雙重身份，探索硬科技從“0到1”的突破路徑。