光子芯片：开启计算与通信领域的 “换道” 变革

在半导体产业的发展进程中，光子芯片正掀起一场意义深远的 “换道” 革命。中国在光子芯片领域展现出了强劲的发展态势，并非后来者。上海交通大学特聘教授、长江学者、上海交大无锡光子芯片研究院院长、图灵量子 CEO 金贤敏的科研轨迹，宛如中国光子芯片从 0 到 1 发展历程的生动缩影。2003 年，他踏入光量子信息领域；2010 年，转向光子芯片研究；2014 年，在上海交大自主搭建起光子芯片加工平台，开启小批量试制；2021 年正式创业后，带领团队全力推进工程化落地。仅用三年时间，就在 2024 年 9 月建成并启用了国内首条光量子芯片中试线；到 2025 年 6 月，这条产线实现了与下游应用端的产业拉通，真正形成了覆盖 “设计 — 流片 — 封装 — 测试 — 量产” 的全链条、自主可控能力。

深圳湾芯展期间，半导体产业纵横采访了金院长，深度交流了光子芯片赛道的进展。金贤敏坦言：“在光子芯片赛道，我们不是追赶，是抢跑了。”但这句“抢跑”，说得并不轻松。因为真正的较量才刚刚开始。

电子逼近极限，光开始登场

英伟达最新发布的B300 GPU，其互联带宽高达 8 TB/s，但功耗却飙升至 1200W。数据中心内部的信号延迟主要源于板级和封装级的电互连，而内存访问速度远远落后于计算单元，这便是著名的 “内存墙” 问题。与此同时，顶级 AI 大模型的计算需求每 6.2 个月翻倍，训练成本呈指数级攀升。未来十年，全球对算力的需求可能增长千倍，但摩尔定律已逼近物理极限，电子芯片的性能增长曲线明显趋于平缓。金贤敏直言，“计算中心的迭代演进已几乎没有替代空间，必须迈入光子芯片的时代。”

光子芯片已成为业内公认的 “下一个赛道”。它不仅能支撑光量子计算，还可利用光的波长、相位、空间等多自由度，实现高并行、低功耗的经典光计算。更为重要的是，光子芯片天然适合高速互连，能够有效解决芯片间数据搬运瓶颈，且几乎不发热，能耗极低。不过，金贤敏强调，未来并非是 “光取代电”，而是 “光电融合”。他指出，“只要存在计算速度、通信带宽、处理能力的瓶颈，光计算就能发挥作用，最终形成光电融合的芯片系统，这将是长期的发展趋势。”

从当前的产业需求来看，光子芯片的应用将从 “最痛点” 切入，即计算和数据中心的数据连接。金贤敏提到，“有人认为未来 GPU 不再重要，‘连接能力’才是核心。要将 CPU、GPU、HBM 等计算资源在板级、服务器级甚至集群级高效连接起来，唯有光能够做到。” 他还提及了星际通信这一强需求场景。例如 SpaceX 的星链或中国版星链，卫星间需要高通量通信。目前星间链路多为单通道或四通道，容量仅几十 Gbps。未来要实现全球无缝连接，每颗卫星之间的通信能力必须提升到数百 Gbps 甚至 Tbps 级别，通道数也要从几个增加到上千个。只有光子芯片才能承载如此高的通量密度。金贤敏表示，“未来光子芯片在星际互联网，基于低轨卫星、中高轨卫星的互联网之间，对芯片的需求会像 CPU 从 386、486 到 586 那样持续迭代。随着容量的逐渐扩大，需要不断更换模块，这也将推动 5G 之后的新型通信范式的发展。”

先机已至，但胜负未定

前沿科技往往面临着 “死亡之谷” 的困局，即从 0 到 1 的中试环节薄弱，从 1 到 10 的工程化路径断裂。光子芯片更需要打通全链条的领域，它既不是传统半导体的简单延伸，也不是单纯的学术研究，而是材料、工艺、封装、系统集成与市场验证的高度协同。

目前，中国已建成全球首个光子芯片中试平台，率先打通全链条技术闭环。2024 年 9 月，由上海交大无锡光子芯片研究院建设的国内首条光子芯片中试线在无锡正式启用，该平台覆盖 “设计 — 流片 — 封装 — 测试” 全闭环工艺，实现了光量子芯片全链条贯通。金贤敏团队自 2021 年项目启动后，用约 3 年时间完成中试线建设，2025 年 6 月首片 6 寸薄膜铌酸锂晶圆下线，进一步实现了从科研样片到规模化量产的能力闭环。金贤敏表示，“我们填补的是从实验室走向产业化的‘死亡之谷’。”

当前国内光子芯片发展呈现多元化，但多数集中在组装层级。此前，无论是台积电、中芯国际，还是新加坡 AMF 等代工厂，虽具备部分光器件制造能力，但均依托电子芯片平台运行，并非专为光子系统设计，也不向科研团队开放全流程服务。金贤敏称，“在全球范围内，我们是第一个建成光子芯片中试产线的。” 目前，美国和欧洲分别有两家具备部分中试能力的平台，但均未完全打通面向光量子与光计算的晶圆级量产闭环。最近，CHIPX 正式发布薄膜铌酸锂光子芯片 PDK（工艺设计包），并推出面向光子芯片领域全链垂直大模型 LightSeek，这标志着我国光子芯片从实验室走向规模化量产迈出了关键一步。

需要指出的是，光子芯片与电子芯片的逻辑截然不同，“没有 EUV 就做不了先进制程” 这一铁律对光子领域的发展影响较小。CHIPX 平台目前基于成熟 DUV 光刻机，通过堆叠、封装、套刻等工艺创新，已实现等效 7 纳米级别的光子器件制造。金贤敏强调，“虽然良品率有所下降，但证明我们的工艺能力很强，智慧和勤奋也没问题。很关键的一点是，制程不受影响。” 在他看来，光子芯片的核心壁垒不在于设备，而在于对复杂物理机理的深入理解和长期耐心的工艺积累，这正是中国科研团队的优势所在。

尽管中国在光子芯片领域实现了 “抢跑”，但金贤敏仍深感压力。他坦言，“我们的智慧和勤奋没问题，工程师的能力也没问题，但真正缺乏的是持续稳定的资金投入，需要系统化的攻坚。我们就像‘巧妇有米，但米不够多’。” 当前 CHIPX 已建成 “最小技术闭环”，但在多材料体系融合、单台设备稳定性等方面仍需持续投入。

资金投入的差距正直接影响着产业化进度。国际光子芯片领域已涌现出一批高估值企业，如英国 PsiQuantum 今年完成了 10 亿美元的 E 轮融资，估值跃升至 70 亿美元；加拿大 Xanadu 累计融资 2.75 亿美元；美国 Ayar Labs 则聚焦硅光互连，已获英特尔、英伟达等战略投资，累计融资达到 3.7 亿美元。相比之下，国内光子芯片企业虽融资活跃（如图灵量子累计融资 8 亿元，投资方包括中芯国际等一线机构），但整体资本支持力度仍显不足。

金贤敏直言，“别人可以用十倍的资金投入来追赶，有可能抹平我们的先发优势。” 现在的关键在于 “用好先机”。在前沿科技创新方面，中国高校和科研单位已在多个领域领跑；CHIPX 平台更是实现了全球首个光子芯片中试线的抢跑。但进入产业转化阶段，若投资力度和政府支持跟不上，发展速度就会放缓。金院长表达了他的担忧：“有些投资机构或地方政府对‘短期内不产生税收’的硬科技项目趋于保守。这可能导致我们在三、四年后再度落后。以我们今天的经济体量、科学家水平和已有的先机优势，如果因为资源断档而掉队，是不可接受的。我不是一个焦虑的人，但我希望把这种焦虑传递出去。传给产业界、资本界和政府。因为这个焦虑是实实在在的——人无远虑，必有近忧。”

两条腿走路：前沿探索与产业落地的平衡

如何在 “未来潜力” 和 “当下产出” 之间找到平衡，是所有前沿科技平台面临的难题。金贤敏所在的 CHIPX 平台，便是这样一个探索的试验场。作为上海交大孵化的新型研发机构，它既服务于高校科研团队的技术转化，也对接企业的产品化需求。

金贤敏认为，技术探索与产业落地并非非此即彼的关系，而应学会 “两条腿走路”。一方面，支持顶尖科学家团队，提供孵化资金、流片服务，甚至直接参与研发打磨，帮助实验室成果走向标准化工艺；另一方面，聚焦图灵量子这类方向明确的企业，推动 “从技术到产品” 的闭环，加速 “见实效”。他以欧洲 IMEC 为例，早年依靠政府长达十年的稳定投入，不仅建成了微纳电子与光子集成的全球技术枢纽，更吸引了包括中国在内的全球科研团队和企业将芯片送过去流片。IMEC 之所以能维持这样的生态位，核心在于长期的战略定力。

图灵量子正是这一 “双轮驱动” 模式的成功范例。坚定地推动研究和产业结合，截至目前，图灵量子已完成 5 轮融资，累计 8 亿元。金贤敏强调，选择 “光量子” 赛道是幸运的。在全球非上市量子计算公司中，光量子路线市值排名第一，PsiQuantum 估值 70 亿美元，图灵量子紧随其后。当下，光量子领域的产业氛围愈发浓厚，深圳在光量子赛道更是首当其冲。今年 “第三届芯片大会暨 Chip 2024 中国芯片科学十大进展颁奖典礼” 在湾芯展召开，规模较上一届翻倍，现场热闹非凡。

光量子的优势在于：可在室温运行，兼容现有半导体设备，错误率低（任务准确率超90%），且天然适配AI优化场景。更重要的是，光量子计算所需的极低损耗、高带宽、大规模光网络等关键技术，具有强大的“沿途下蛋”能力。例如，图灵的计算单元可达数百至数千个，远超传统光模块的4通道；其宽谱段调控能力（覆盖可见光到红外）可直接下沉至光计算CPU、高速调制器、卫星激光通信、激光雷达等场景。正如金贤敏说：“我们把光量子计算作为金字塔顶端，光计算作为腰部，光连接与专用芯片作为底座，这些技术不是80%重叠，而是几乎完全重叠——这是一种降维打击。”正因如此，他坚信图灵量子有机会成长为万亿级公司。

在整个交流过程中，我们能深切感受到金贤敏对前沿技术的执着追求，以及他对创新应用落地的热情投入。他不仅呼唤政府和投资界的支撑，也呼吁产业界的协同合作。金贤敏和他的团队正在进行一场静默的远征。光的速度从不等待，在点亮这条新赛道的征程中，我们亦不能停步。抢跑仅仅是开始，将先机转化为不可逆转的领先优势，才是这场远征的真正意义所在。