后摩尔时代，光子技术或引发第四次工业革命大旗

当前，新一轮科技革命和产业变革正在重构全球创新版图。随着集成电路制造工艺不断接近物理极限，摩尔定律面临失效危机，如何在后摩尔时代再续辉煌？哪种技术会拔得头筹？时下，以光子技术为基础的创新应用开始在多领域百花齐放，围绕光子产业的投资掀起一股热潮。作为电子学之后的新兴科学，光子技术在医疗、化工、能源、航空航天、国防等领域得到广泛应用，光子技术正迎来新一轮爆发时机，或擎起第四次工业革命大旗。

后摩尔时代，新一轮科技革命已然开启

“科技是第一生产力”，从人类社会近300年的发展历史可以更清晰的看到这一点。十八世纪末，以蒸汽机技术为代表的第一次工业革命轰轰烈烈开启，按下了人类社会工业化进程的快进键；到十九世纪中期，以电力技术应用为主导的第二次工业革命再次提升了工业化进程速度；19世纪70年代，计算机信息技术的爆发拉开了第三次工业革命的大幕，进一步提升了人类社会工业化自动化进程的加速度。

在第三次工业革命时期，作为信息化技术的基石，集成电路产业取得了突飞猛进的发展。过去60余年，集成电路CMOS工艺遵循摩尔定律的步伐不断演进，目前，最先进的工艺制程已经达到5nm，业界仍然在向3nm、2nm努力推进。但随着硅芯片越来越逼近物理和经济成本上的极限，摩尔定律面临失效危机，集成电路发展悄然进入“后摩尔时代”。

在5G、物联网、人工智能等推动下，第四次工业革命已然开启，如何寻找新时期发展的引擎技术？时代呼唤新一轮科技革命和产业变革。

光子站上时代风口 引领新一轮科技革命

近年来，光子学和光子产业掀起了一股热潮。例如，光通信和互连技术在高速宽带网络、高性能计算、大数据、物联网等领域发挥了引领作用。通信数据的快速增长对光电器件提出了更高的要求，推动着业界发展光子集成和光子芯片技术。

相对于电子驱动的集成电路，光子芯片有超高速率，超低功耗等特点，利用光信号进行数据获取、传输、计算、存储和显示的光子芯片，具有非常广阔的发展空间和巨大的潜能。

中国科学院院士毛军发在2021世界半导体大会上指出，后摩尔时代，异质集成电路是绕道摩尔定律的一个途径，将不同工艺节点的化合物半导体器件或芯片、硅基高集成器件或芯片（含光电子器件或芯片），与无源元件（含MEMS）或天线，通过异质键合或外延生长等方式集成而实现，这其中，就离不开光子技术。

放眼全球，世纪之交以来，大规模光子集成芯片已成为世界上最具竞争力的领域之一。欧盟等发达国家已将光子集成产业提升到国家战略规划和发展的高度。美国也早已开始布局，在奥巴马总统时期，就成立了美国制造集成光子研究所（AIM Integrated Photonics），致力于改造终端光子学“生态系统”，该研究所的成立，为以IBM、英特尔等为首的工业巨头，以及麻省理工学院、加州大学等学术机构提供了一个综合平台。

但与微电子技术相比，光电子技术中所涉及的材料种类繁多，通过简单模型的叠加难以实现微结构集成。因此，光电子技术的标准化难度更大，光子集成技术的门槛也更高。这种高技术壁垒也预示着，光子集成技术一旦取得突破实现规模化发展，将带来指数型增长的高产业回报。

市场研究公司MarketsandMarkets预计，到2023年，全球光子学市场的规模将从2017年的5200亿美元增长到2023年的7804亿美元，复合年增长率为7.0%。

 “从电到光”的迁移过程中，光子技术有望擎起第四次工业革命大旗。

政策/资本助力 光子产业百花齐放

基于光子技术的产品包括光芯片、光器件、光模块以及垂直集成的子系统。用于光子集成的关键技术既有上游的基础材料、芯片设计制造技术，也有封装测试技术以及系统集成能力。

光子技术不仅是光通信设备、数据通信设备、无线通信设备、数据中心、超级计算、物联传感、人工智能等的关键基础，同时，它也广泛应用于智能手机、平板、可穿戴设备等消费电子领域中。

在最主流的光通信应用中，光芯片担负着电信号与光信号之间的相互转换，处于光通信领域金字塔尖的关键地位。时下，海量数据洪流催生下，更高带宽、更高速率的200G/400G高速光通信标准在不断演进，这其中，光芯片、光器件扮演着重要角色。而在华为和中兴等通信设备商的带动下，我国已成为全球最大的光器件消费国，全球市场占比超过3/1，但遗憾的是，其中在核心高端光芯片上，国产化率占比只有个位数。

再以消费电子为例，如果说2007年苹果iPhone手机的上市，彻底让“消费电子”理念普及开来，那么，2017年苹果iPhone X手机的上市则创造性的将“消费光子”这个新名词深入人心。iPhone X发布以来，人脸识别，或者更规范地说，3D视觉技术成为一个火热的赛道，光芯片在其中大放异彩。苹果的3D摄像头采用的是VCSEL（垂直共振腔表面放射激光器）+ DOE（衍射光栅）结构光技术方案，其中VCSEL阵列芯片由300多个激光器组成，经过图像处理器，最终形成3D深度信息。在苹果的带动下，VCSEL光芯片成为业界追逐的热点，包括晶圆厂和芯片设计公司纷纷加入VCSEL生产和设计阵营。根据海通证券数据，2020年全球智能手机端3D视觉硬件市场规模约99.25亿美元。

 中科创星创始合伙人、“硬科技”理念提出者米磊为此点评指出，时下整个IT产业正处在“从电到光”的转换过程，未来将是“消费光子”的时代。

光子技术带来的超预期产业效果不仅吸引了业内厂商，同时也激发了产业资本的极大兴趣。同时，国家对光电子产业发展的指导政策也明确给出了发展目标：中国光电子器件发展五年路线图(2018-2022)显示，2022年中低端光电子芯片国产化率要超过60%，高端光电子芯片的国产化率突破20%；2022年国内企业占据全球光通信器件市场份额的30%以上，有1家企业进入全球前3名。

政策加持下，资本与企业纷纷抢攻这一领域。苹果、华为、英特尔、思科、IBM等国际巨头纷纷布局光芯片，国内市场也培育出了一批在细分产品领域实现突破的光芯片/光器件供应商。以中科创星为代表的投资机构在材料、外延、芯片、设备、显示等产业链环节均率先进行深入布局，以突破“卡脖子”技术为目标，中科创星专门投资那些“硬科技”企业,在光电领域，目前已经累计投资了奇芯光电、源杰半导体、鲲游光电、鲁汶仪器、曦智科技、阿达智能、橙科微电子、锐思智芯、芯声智能、本源量子、洛微科技、赛富乐斯等在内的90余家半导体企业。

6月9日，“全球硬科技创新大会-光子产业峰会”在西安高新国际会议中心召开，与会专家就光子、量子、集成光学、光学显示等热点话题展开深入探讨。中国工程院院士干勇认为，目前正是以半导体光电子器件为核心的通讯产业发展的最佳时机，光电子技术将彻底改变数据中心和高性能计算体系，光电子在消费电子市场也即将迎来爆发式增长。中国工程院院士许祖彦基于在可调谐激光、全固态激光和激光显示应用等方向的研究经验指出，激光显示将成为下一代主流。中国科学院院士、南京大学教授祝世宁则通过一系列事例，从光学超晶格与量子光源、超构表面与光量子态的调控、光子芯片与光量子信息处理3个角度介绍了微纳光学研究如何从光量子信息技术走向实际应用。同时，在本次大会上还启动了光子产业先导创新中心及光子产业联盟建设，为光子产业创新创业的全生态体系奠定基础，提供驱动。

在国家政策以及资金的大力扶植下，我国光电产业正迎来迅速发展的黄金时期，从生产到设计，中高端芯片将逐渐由国外进口，转向自主研发、供给，国内厂商在这一领域大有可为，在新兴科技的发展与中国整体市场的推动作用下，我国光子产业将迎来全面发展。