從互連到光計算，甚至量子計算機，歐洲的光子學(xué)本月出現(xiàn)了顯著增長。

到本世紀(jì)末，全球光子學(xué)市場預(yù)計將超過 1.5 萬億歐元，這得益于增加數(shù)據(jù)中心人工智能芯片帶寬同時降低功耗的需求不斷增加。

例如，AI芯片設(shè)計商英偉達正在與全球最大的代工廠臺積電密切合作，在數(shù)據(jù)中心中增加環(huán)形振蕩器等光學(xué)元件，以應(yīng)對AI芯片和機架不斷增長的功耗問題。

“隨著 GPU 和 AI 帶寬數(shù)量的增長，規(guī)?；Y(jié)構(gòu)將需要從銅解決方案過渡到基于光學(xué)的解決方案，”650 Group 聯(lián)合創(chuàng)始人兼技術(shù)分析師 Alan Weckel 說?！叭斯ぶ悄軘?shù)據(jù)中心將轉(zhuǎn)向共同封裝的光學(xué)器件和外部 DWDM 光源。擴大網(wǎng)絡(luò)對供應(yīng)商來說是一個增量機會，到 2029 年市場規(guī)模將超過 250 億美元。到本世紀(jì)末，整個人工智能網(wǎng)絡(luò)機會將接近每年 1000 億美元。

18.8 萬歐元的歐洲星光項目也標(biāo)志著數(shù)據(jù)中心硅光子學(xué)邁出了關(guān)鍵一步。

• 意法半導(dǎo)體重返光子學(xué)領(lǐng)域

這是使用意法半導(dǎo)體與超大規(guī)模企業(yè)亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)共同開發(fā)并于今年早些時候宣布的PIC100硅光子工藝技術(shù)。PIC100 使用法國 Crolles 的 300 毫米硅片進行光子芯片的大批量生產(chǎn)，并可選擇使用意大利 Agrate 的晶圓廠。對于 StarLight，有 24 個合作伙伴正在開發(fā)光引擎的端到端工藝。

意法半導(dǎo)體PIC100工藝中的低損耗硅波導(dǎo)

意法半導(dǎo)體光學(xué)和射頻代工部門總經(jīng)理Sylvie Gellida告訴eeNews Europe：“星閃正處于意法半導(dǎo)體數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)戰(zhàn)略的十字路口，即將歐洲定位為支持人工智能和數(shù)據(jù)中心革命的領(lǐng)導(dǎo)者。

“我們在硅光子學(xué)與 BiCMOS 和 StarLight 生態(tài)系統(tǒng)以及星光之外的生態(tài)系統(tǒng)相結(jié)合方面雄心勃勃，我們在歐洲和歐洲以外擁有合適的合作伙伴，以高速創(chuàng)新的方式成為這場革命的一部分，這對下一代技術(shù)至關(guān)重要，”

“硅光子學(xué)在未來幾年將變得至關(guān)重要，”她說。第一個目標(biāo)是用于數(shù)據(jù)通信模塊的光學(xué)引擎，因為這是當(dāng)今愛立信和德國柏林初創(chuàng)公司 Sicoya 等項目合作伙伴的最大市場份額。

愛立信將專注于提高移動網(wǎng)絡(luò)效率的兩個概念。第一個涉及開發(fā)集成交換機，以在無線接入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實現(xiàn)光卸載，從而更有效地處理數(shù)據(jù)流量。第二個概念探索光纖無線電技術(shù)，將功率密集型處理 ASIC 從天線單元上移開，從而增加容量。

愛爾蘭戈爾韋的 Mbryonics 還將在自由空間光纖 （FSO） 通信接收處開發(fā)自由空間到光纖接口，這是天基光通信系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵要素。

但小芯片的光子學(xué)也是一個重點。

“我們將致力于不同的異構(gòu)集成，我們還在包裝方面工作，需要開發(fā)凸塊和微塊，”她說

“我們正在意法半導(dǎo)體開發(fā)另一項具有TSV功能和緊湊型調(diào)制器的技術(shù)，這將提高光學(xué)引擎的功率效率，”Gellida說。

基線是今年年底的 PIC100。該堆棧包括帶有 Si 和 SiN 波導(dǎo)的光學(xué)引擎的所有元件，帶有非常高效的邊緣耦合器、高速 50GHz 調(diào)制器、具有 80Ghz 帶寬的光電二極管，這對于 Rx 的集成非常重要，而不僅僅是 Tx，這對物料清單非常有用

“從這個基線開始，我們將在一側(cè)集成 TSV 和調(diào)制器，”她說?！敖裉欤覀兠客ǖ?25G，并研究將不同的材料評估到 400Gbit/s?！?/p>

“對于小芯片，我們有一個 2028 年年中的生產(chǎn)路線圖，因此原型設(shè)計將于明年開始，我們已經(jīng)在參與其中

該項目目前正在對每通道帶寬為 200Gbit/s 的設(shè)備進行原型設(shè)計，明年量產(chǎn)，2027 年每通道 400G 原型設(shè)計，2028 年量產(chǎn)

“我們的工作方式是，我們有一個專有的 PDK，我們將其交付給 StarLight 合作伙伴和客戶，他們正在使用 PDK 進行定制 IP 設(shè)計，”她說。

“星光在意法半導(dǎo)體的創(chuàng)新戰(zhàn)略中非常重要，但這不是唯一的，我們也可以與其他各方建立聯(lián)系，”她說?！霸谛枪庵?，我們正在與幾家有前途的初創(chuàng)公司合作開發(fā)創(chuàng)新解決方案。”

但歐洲光子學(xué)的機會不僅僅涵蓋通信。“我們不會忘記包括傳感和激光雷達在內(nèi)的新興市場，與 Steerlight 合作開發(fā)硅基激光雷達，”她說。

該項目還致力于新材料：將與 SOITEC、CEA-LETI、imec、巴黎薩克雷大學(xué)、III-V 實驗室和 Lumiphase 一起探索各種先進材料，探索絕緣體上硅 （SOI）、鈮酸鋰 （LNOI） 和鈦酸鋇 （BTO）。

光子學(xué)初創(chuàng)公司

在 Crolles 附近，一家法國光子學(xué)初創(chuàng)公司在 B 輪融資中籌集了 50m 歐元，其中包括 Nvidia 和 Bosch Ventures，用于世界領(lǐng)先的數(shù)據(jù)中心技術(shù)。

Scintil Photonics 開發(fā)的 Scintil 異構(gòu)集成光子學(xué) （SHIP） 工藝技術(shù)能夠在單個芯片上集成多個光學(xué)器件，包括激光器、光電二極管和調(diào)制器。這使得總部位于格勒諾布爾的研究實驗室 CEA-Leti 的 Scintil 能夠用單芯片替換數(shù)十個傳統(tǒng)上獨立的部件。Leti 也是 StarLight 項目的一部分。

SHIP技術(shù)可實現(xiàn)小芯片的低功耗、高密度光連接，邊緣帶寬密度為6.4 Tbps/mm，功耗約為傳統(tǒng)可插拔設(shè)計的六分之一。該技術(shù)專為縱向擴展 GPU 集群和新興 AI 系統(tǒng)而設(shè)計，并具有參考打包和集成支持以加速部署。

這筆資金使 Scintil 能夠擴大其在法國和包括美國在內(nèi)的國際上的員工，并加速其單芯片 DWDM（密集波分復(fù)用）光引擎的生產(chǎn)，將多波長激光器與硅光子學(xué)集成在一起，用于下一代共封裝光學(xué) （CPO）。

分析師 Omdia 光學(xué)元件和先進光纖負責(zé)人 Daryl Inniss 表示：“密集波分復(fù)用 （DWDM） 聯(lián)合封裝光學(xué)器件是一種差異化因素，它支持在下一代人工智能基礎(chǔ)設(shè)施的帶寬密度要求下連接數(shù)千個 GPU?！癝cintil 的單芯片 DWDM 激光源基于異構(gòu)集成光子學(xué)工藝，展示了如何在可制造和可擴展的平臺上實現(xiàn)這一點。隨著人工智能工廠向更大的集群和更高的吞吐量邁進，這種能力非常重要。

“這標(biāo)志著我們進入全面部署的關(guān)鍵時刻，”Scintil 首席執(zhí)行官 Matt Crowley 說。我們的SHIP技術(shù)使集成光子學(xué)具有為下一代計算基礎(chǔ)設(shè)施提供動力所需的可擴展性、能效和集成密度。這種效率不僅降低了數(shù)據(jù)中心的運營成本，還有助于降低人工智能基礎(chǔ)設(shè)施的碳足跡。

基石光子學(xué)

與此同時，英國正在推動光子學(xué)成為半導(dǎo)體行業(yè)的關(guān)鍵差異化因素，英國有 1400 多家公司致力于這項技術(shù)，180 億英鎊的市場以每年 20% 至 25% 的速度增長。

自 2014 年以來，南安普頓大學(xué)的 Cornerstone 項目一直在利用這一增長，與大學(xué)和 100 多個行業(yè)合作伙伴合作開發(fā)多項目晶圓，向 24 個國家運送了 800 批光子芯片。該項目本周推出了一個開源工藝開發(fā)工具包 （PDK），為研究人員和公司提供更多對該技術(shù)的訪問。

• Cornerstone 的目標(biāo)是光子學(xué)的 Github

新成立的基石光子學(xué)創(chuàng)新中心 （C-PIC） 作為英國的硅光子學(xué)技術(shù)中心獲得資助，旨在到 2030 年建立一系列硅光子學(xué)支持的公司，服務(wù)于多個行業(yè)領(lǐng)域。它為電信、傳感、激光雷達和量子等應(yīng)用提供七種光子技術(shù)平臺。每個平臺都有一個標(biāo)準(zhǔn)的組件庫和開源的 PDK，有助于降低進入門檻，并幫助開發(fā)早期研發(fā)項目和構(gòu)建概念驗證原型。

南安普頓大學(xué)也是今年 6 月啟動的 380 億歐元 PIXEurope 光子學(xué)試點線的兩所英國大學(xué)之一。該組織由西班牙ICFO牽頭，匯集了來自11個國家的18個合作伙伴，為集成光子學(xué)構(gòu)建了一個集設(shè)計、制造、封裝和測試于一體的生態(tài)系統(tǒng)。這包括絕緣體上的硅、氮化硅 （SiN） 和硅上的鍺，以及磷化銦 （InP） 甚至石墨烯。

ICREA教授、ICFO組長兼試點線主任Valerio Pruneri表示：“PIXEurope是歐洲第一條光子芯片中試線，它統(tǒng)一了不同的材料、工藝和集成技術(shù)，將允許為光子學(xué)是關(guān)鍵技術(shù)的所有應(yīng)用開發(fā)和演示設(shè)備和系統(tǒng)。

歐洲需要擴大其集成光子能力，而 PIXEurope 聯(lián)盟將應(yīng)對這一重大挑戰(zhàn)，“愛爾蘭廷德爾研究所封裝主管 Peter O'Brien 說。

“PIXEurope 將促進使用歐洲首創(chuàng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計套件和代工工藝生產(chǎn)的先進光子集成電路的廣泛采用。先進的光子芯片將在速度、能效和精度方面提供改變游戲規(guī)則的進步，“荷蘭埃因霍溫工業(yè)大學(xué)光子集成小組主席凱文·威廉姆斯說。

量子計算

光子學(xué)也是 PsiQuantum 構(gòu)建具有數(shù)百萬量子比特的量子計算機的關(guān)鍵。該公司已將鈦酸鋇 （BTO） 集成到其 300 毫米晶圓的制造流程中。BTO是世界上性能最高的電光材料之一，可用于超高性能光交換機，以擴展光網(wǎng)絡(luò)。BTO晶圓在加利福尼亞的PsiQuantum晶圓廠加工，然后與GlobalFoundries制造的晶圓集成。

• 量子計算方法的最終游戲

支持 BTO 的光交換機在下一代 AI 超級計算機中也具有潛力，鑒于快速增長的 AI 工作負載，這一領(lǐng)域越來越受到關(guān)注——其中低功耗、高速光網(wǎng)絡(luò)變得越來越重要。

PsiQuantum Omega芯片組包括損耗低至0.5±0.3 dB m?1的SiN波導(dǎo)，分別為0.5±0.2 mdB和1.2 ± 0.4 mdB損耗的分路器和交叉點，光纖到芯片耦合損耗低至52±12 mdB。

GF的制造流程包括20多個光刻水平儀和數(shù)百個加工和在線測量步驟。開發(fā)的關(guān)鍵工藝模塊包括無源絕緣體上硅光子波導(dǎo)、用于單光子檢測的氮化鈮（NbN）超導(dǎo)層、用于光學(xué)降噪的深金屬填充溝槽、用于相位控制和光電路可重構(gòu)性的電阻加熱器、用于光輸入/輸出的光柵耦合器、線后端銅電互連和鋁再分配層。

光子學(xué)教育

確保歐洲擁有利用光子學(xué)增長的技能也是關(guān)鍵。

9 月啟動的 5m 歐元 Phortify 項目旨在涵蓋整個光子學(xué)價值鏈——從基礎(chǔ)知識到設(shè)計、制造、封裝、測試和部署。該計劃在當(dāng)?shù)卮T士課程中提供共享光子學(xué)課程作為選修課，并向完成 30 ECTS 的學(xué)生頒發(fā)證書。該計劃與歐盟建立戰(zhàn)略數(shù)字能力的數(shù)字歐洲使命直接一致。

“歐洲需要光子學(xué)人才，例如了解從設(shè)計到部署的整個鏈條的工程師，”德國 Active Fiber Systems 的首席技術(shù)官 Tino Eidam 說，該公司生產(chǎn)飛秒激光系統(tǒng)。

“Phortify 的課程、可堆疊模塊和實踐項目有助于培養(yǎng)這些技能。對于公司來說，這意味著可以接觸到準(zhǔn)備充分的專業(yè)人員，他們可以更有針對性、更有效率地為創(chuàng)新做出貢獻并支持先進光子學(xué)解決方案的開發(fā)。

在布魯塞爾自由大學(xué) （VUB） 與歐洲十幾個合作伙伴的協(xié)調(diào)下，Phortify 還希望通過經(jīng)濟援助、指導(dǎo)和有針對性的外展活動來促進多樣性和包容性，以幫助來自代表性不足群體的優(yōu)秀學(xué)生。這將包括一個全面的支持框架，包括獎學(xué)金、費用減免、生活費用支持和流動/旅行補助金。

“Phortify 不僅僅是一個項目，它是對歐洲數(shù)字未來的戰(zhàn)略投資。通過建立協(xié)調(diào)的光子學(xué)教育網(wǎng)絡(luò)，我們正在為下一代提供行業(yè)和社會迫切需要的創(chuàng)新思維和卓越的數(shù)字技能。此次發(fā)布標(biāo)志著跨國界、跨學(xué)科和跨部門的強大合作的開始，“比利時 VUB 的 Heidi Ottevaere 教授說。

微控制器總裁 Remi El-Ouazzane 表示：“硅光子技術(shù)對于將歐洲置于通往未來人工智能工廠的十字路口至關(guān)重要，STARLight 項目代表了歐洲整個價值鏈的重要一步，推動了領(lǐng)先科技公司之間的創(chuàng)新和合作， 意法半導(dǎo)體數(shù)字IC和射頻產(chǎn)品事業(yè)部。

“通過專注于基于應(yīng)用程序的結(jié)果，該項目旨在為數(shù)據(jù)中心、人工智能集群、電信和汽車市場提供尖端解決方案。憑借公認(rèn)的泛歐合作伙伴，該聯(lián)盟將引領(lǐng)下一代硅光子學(xué)技術(shù)和應(yīng)用。

憑借 PIXEurope 開放式代工廠和英國的 Cornerstone 光子學(xué)代工廠，再加上 Phortify 教育計劃，光子學(xué)技術(shù)和組件的開發(fā)渠道很強大，為大型國家冠軍和初創(chuàng)公司提供支持，這些企業(yè)可以成為該技術(shù)的下一個領(lǐng)導(dǎo)者。