芯耀
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本文涉及的相关厂商：TSMC、张江实验室、IMEC、松山湖实验室、GF
高性能数据中心的大模型之争，已经跨越到巨量模型亿万参数时代，动辄万卡互联的机组已经成为了入门的标配。以DeepSeek代表的MoE（Mixture of Experts）架构与动态并行算法的突破，正在重塑算力基础设施的底层逻辑。这类模型通过动态分配计算资源与并行任务调度，虽显著提升了训练效率，但也对数据传输带宽、能耗控制及硬件协同提出了全新的要求。铜缆互联逐渐没落，光模块和CPO开始逐渐发力，并且未来轨迹光电子更是兵家必争之地。
硅光微环技术作为硅基光电子领域的核心器件，兼具微型化、CMOS兼容性和多功能性，被业界认为是超高速光互联的突破口，并且从CPO到OIO的过渡环节中最关键的一环。
硅光微环为何如此重要
在硅光集成行业，硅基衬底上微纳加工构建了种类繁多的光子器件和电子器件，用于实现光信号的生成、调制、传输和处理的芯片统称为硅光芯片。业界主流的CMOS工艺平台在硅基加工光学器件拥有独到的优势，其工艺成熟且价格低廉且集成度高，可以说是硅光芯片的不二之选。通常一个硅光芯片包含：光波导、耦合器、调制器、探测器等元件，其中被业界称为调制器的“心脏”的微环也是本文着重介绍的主角。先聊聊定义：硅光微环（Silicon Optical microring Resonator）是在绝缘体上硅（SOI）晶圆上用标准CMOS线条加工出的闭合微型波导环，通常与一条或两条直波导侧向耦合，形成"环+总线"构型。当入射光满足谐振条件时，光场被高效捕获于环内，实现波长选择、强度调制、相位延迟或非线性增强；非谐振光则几乎无损耗地通过总线波导。
简言之微环构造了一个谐振腔，形成了一个窄带滤波器，不同波长的光波在这里被选择，光波的强度也可以被调制，光波的相位也能改变，可以实现复杂的波长选择和电光调制。基于谐振耦合当环与总线间耦合系数κ?与环内损耗?α?满足临界耦合条件?κ? = α?时，谐振峰处透射为零，可以实现>30 dB?的消光比；在电光调制上其位于环形波导两侧的PN结，通过载流子色散效应改变?n_eff，使?λ_r?发生偏移，进而把电比特流映射为光强度变化。该机制仅需驱动一个"微型环"，电容?<50 fF，能耗可低至?10 fJ/bit，远低于马赫-曾德尔调制器（MZM）的数百?fJ/bit。
同样硅衬底的热光系数高达1.86×10?? K??，微环结构旁可以设计一个金属微加热器，通过精确控制电流产热能够实现在毫米内把光波偏移数纳米，极大程度上可以弥补制造后制程带来的微小误差，实现制造后修调、通道补偿或快慢速开关。
硅光微环产业链
硅光微环作为CPO中一个重要模块其产业链和传统电子IC没有太大差异，上游厂商分为SOI衬底厂商和EDA/PDK工具厂商。SOI衬底厂商:Soitec、GlobalWafers?等少数厂商可提供?300 mm?高阻?SOI，国内目前还没有具备规模化量产能力，根据公开资料显示，位于上海的沪硅产业HVSOI?和?RFSOI?产品处于样品开发/客户送样阶段和中科院上海微系统所打通了SOI晶圆制备全链条，成功制备出300mm SOI晶圆。
EDA/PDK厂商:Synopsys、Cadence、Siemens等EDA工具涵盖硅光工具链、但是全物理场仿真，硅光热点仿真工具仍旧碎片化，国内广立微通过新加坡子公司以4000万欧元完成对比利时?Luceda?的全资收购，正式切入硅光EDA赛道、逍遥科技则推出了涵盖硅基光电子、化合物半导体、MEMS等PIC Studio?平台，国内首个全流程硅光EDA工具链厂商。
中游芯片设计和集成制造的竞争十分激烈，美国、中国、欧洲三足鼎立，数百家公司纷纷涉足CPO设计，博通、Ayar、Intel目前处于领先，但是国内也有不少公司涉足与此，华为海思、中兴微电子、仕佳光子、源杰科技、光迅科技一批公司迅速崛起，而且不断有光模块公司加入。
目前硅光微环制造产业主要玩家还是集中在海外，大体可以看做“四超多强”的格局：TSMC、IMEC、GF、Intel作为全球主流的芯片代工厂目前能够提供130-45nm的硅光PDK。尤其是TSMC本来是电子芯片制造的行业龙头，其硅光行业算是后起之秀，但是实力却是目前的行业翘楚，超高精度光刻和成熟制程的“know how”形成了巨大的代际优势，尤其是TSMC在COUPE平台率先实现200G PAM4的微环量产，其微环大一统的格局逐步显现。
Intel作为为数不多拥有芯片设计和代工的老牌巨头，其在微环方面耕耘多年，基辛格领导代工转型又不太成功，业界接受度不高，不过其手握不少核心专利，微环设计和制造实力不容小觑。
GF和IMEC目前微环不温不火，带宽在200G之前时，GF微环走光电单片集成技术路线，一度业界领先，来到200G PAM4?其EIC还采用45nm制程，成为芯片短板，逐渐掉队；IMEC一直在OIO领域深耕，但是目前还有产业大单，处于追赶地位。
反观国内，国内晶圆代工的SMIC推出了中试线和硅光PDK（2025年10月发布的PDK已适配共封装光学技术（CPO）），国内硅光头部研究机构，张江实验室、松山湖实验室、中科院微电子所、无锡硅光中心均在近几年获得不错的突破。
张江实验室今年9月在arXiv文章中公开了300mm硅光微环新方案，其采用窄沟槽+高掺杂方案，使得OE带宽突破110G Hz，调制效率Vpi<0.57，也是业界首次在可工程化领域达到这样的指标。松山湖实验室在MOS型微环控制器和MZI调制器上有所突破，首次实现了硅基微环电吸收物理机制和>64GHz超高速MOS调制器技术。
下游的封测厂商和应用厂商国内实力强劲，已形成相对完整的产业梯队，诸如华天科技、通富微电、长电科技均具备光电芯片先进封装和测试能力。光模块和CPO的厂商例如中际旭创、新易盛、天孚科技、华工科技等主流产品400-800G光模块和CPO量产出货。
结语
纵观产业上下游，要想具备全国产化微环产业能力，还需打通?SOI?衬底、深紫外光刻、锗外延、硅基异质集成?III-V?增益材料、薄膜铌酸锂的制备等上游关键环节，努力提升晶圆制造的制程能力，不断提高工艺制程良率和产能，并结合国内强大的先进封装和测试产业，形成设计-材料-工艺-系统的协同创新，以及全球标准与生态的逐步统一。
*参考资料
1.《Silicon Photonics Platform for Next Generation DataCommunication Technologies》TSMC
2.《400-Gbps/λ Ultrafast Silicon Microring Modulator for Scalable Optical Compute Interconnects》
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