硅光集成芯片技术水平及技术发展趋势
思瀚产业研究院    2026-07-08

随着 AI 集群从千卡规模向万卡甚至十万卡集群演进，光互连逐渐成为高性能计算网络的核心互连架构。在大带宽、低功耗、低时延的系统需求牵引下，硅光集成技术的演进围绕着更高的单通道速率、更高的集成度、更多材料的异质集成及光电协同封装展开。

（1）更高的单通道速率以及更高的集成度

AI 集群的互连带宽呈现出 2 至 3 年增长一倍的发展趋势，对于硅光集成芯片而言，实现更大带宽的方式包括提高单通道的传输速率，提高硅光集成芯片的集成度，即在一颗芯片上集成更多的信号通道。

1）实现单通道 400G 传输速率

当前在 Scale out 网络中，已步入 800G 与 1.6T 光模块的高峰部署期，其底层核心基于单通道 100G/200G PAM4 调制速率。下一代技术节点将向单通道400G 持续演进，以支撑未来 3.2T 超高带宽光模块的架构落地。在单通道 400G这一逼近物理极限的速率下，传统的纯硅基电光调制器面临严峻的带宽与插损瓶颈。目前行业正聚焦于光电全链路协同设计的硅光 MZM 技术或异质集成薄膜铌酸锂等新材料体系，来突破调制器的电光带宽极限。

2）更高的集成度，单芯片集成的通道数增加

当前 Scale out 中主流的 800G 和 1.6T 光模块中，硅光集成芯片架构多采用 4通道或者 8 通道的设计。而对于 Scale up，GPU 间的互连密度需求远大于 Scaleout，业界正通过成倍提升硅光集成芯片的通道密度，作为当下适配 GPU 快速增长的带宽需求的重要手段。行业正加速向单片 16 通道、32 通道的超高密度阵列架构演进，并在物理上实现发射端与接收端的同芯片全集成。在这一极限集成的工程化过程中，产业链必须攻克多信道间的光电串扰，大尺寸异质封装应力，高速信号完整性及光电协同散热等核心工业化量产难题。

（2）更多材料的硅光异质集成

硅光异质集成（Heterogeneous Integration）是指通过晶圆键合、微转移印刷等先进工艺，将 III-V 族化合物半导体、薄膜铌酸锂、聚合物、钛酸钡等非硅材料集成到硅光晶圆上的制造技术。其核心目标是结合不同材料的互补优势，利用硅的 CMOS 工艺与集成规模优势，结合 III-V 材料的高效发光和光放大等功能、薄膜铌酸锂的超高速低功耗电光调制能力等，从而显著提升硅光集成芯片的整体性能，包括激光输出功率、调制速率、能耗效率以及单位面积上的功能集成度。

（3）光电协同封装

光电协同封装是指采用 2.5D/3D 等先进封装技术，将 PIC（光子集成电路）与 EIC（电子集成电路）高密度共封装在一起，构成光引擎，并进一步应用于不同的系统级互连架构中，其主要目的是通过极限缩短电互连链路，消除高频电信号在传统 PCB 介质中的传输损耗与反射，实现极高的带宽密度、超低功耗以及优异的信号完整性。为不断推进光发射/接收端离主控 ASIC 芯片的物理距离，行业探索突破可插拔形态的限制，演进出 NPO、CPO 以及 OIO 三种典型的系统级封装架构。其中可插拔的典型结构示意图如下：

在 NPO、CPO 以及 OIO 中，光引擎作为最基础的核心光电转换单元，要求具有体积小、带宽密度大、功耗低的特点，硅光集成芯片凭借高密度波导路由、微型化调制阵列以及大规模 CMOS 工艺兼容性，天然成为了承载该高密度光引擎的底层技术平台。

1）NPO（Near-Packaged Optics，近封装光学）

NPO 是指将光引擎与主控 ASIC 芯片（Switch 或 GPU）共同置于同一系统主板上，并依托高频超低损耗基板或高度集成的柔性电缆进行高频电互连的先进封装架构。在该架构中，光引擎与 ASIC 芯片虽各自保持独立的封装形态，但在物理空间上被设计得极限靠拢（1 至 3 厘米以内）。这种近距离布局能够大幅缩短高速电信号的传输路径，显著抑制高频信号衰减、反射与通道间串扰的同时，赋予系统更高的带宽密度与更优的信号完整性。

2）CPO（Co-Packaged Optics，共封装光学）

CPO 在 NPO 方案基础上进一步提升集成度，通过先进封装技术将光引擎与主控 ASIC 芯片共同封装于同一高密度基板上，使光电转换单元与 ASIC 芯片实现毫米级极限紧邻布局，从而大幅缩短电信号传输路径，实现带宽密度与功耗的极致优化。目前，CPO 方案面临高热密度下的热电协同管理、晶圆级合格芯片筛选良率、以及高精度光纤自动对准封装等多重极端工程挑战。根据 Yole Group的预测，CPO 有望在 2028 至 2030 年伴随 AI 集群的升级迎来规模化商用。CPO的典型结构示意图如下：

3）OIO（Optical Input/Output，光输入输出）

OIO 是指采用先进封装技术（2.5D/3D 或混合键合等），将光子 I/O 芯粒与主机 ASIC 芯片进行异构集成，使不同 GPU、CPU、AI 加速器及存储芯片在硅基板、柔性光纤阵列或光芯片中介层（Photonic Interposer）上实现片上的光电转换与超高密度互连。随着 AI 巨头对 GPU 间高通量、低延迟内存池化的刚性需求，OIO 方案正加速跨越技术孵化期，步入早期商业化样品验证阶段。

2、行业竞争格局

根据弗若斯特沙利文报告，硅光集成芯片的终端应用主要可划分为数据通信及电信，2025 年度应用于数据通信领域的硅光模块占下游整体市场规模的72.31%，占据主导地位，且预计占比将持续攀升。

当前硅光集成芯片的行业竞争格局中，硅光集成芯片的厂商主要可分为三类。一类为以 Intel 及 Cisco 作为代表的综合性平台厂商，硅光作为其整体业务版图的一部分，服务于自身生态亦面向市场开发供应；第二类为以中际旭创及新易

盛等为代表的光模块龙头厂商，基于自身产业链布局向上游芯片延伸，其自研硅光集成芯片主要适配自产硅光模块，如中际旭创披露其子公司从事硅光集成芯片研发，新易盛亦披露其构建硅光集成芯片研发架构；第三类为以羲禾科技为代表的独立第三方厂商，面向全市场供应硅光集成芯片。上述厂商除 Cisco 主要聚焦电信外，其余均主要聚焦数据通信领域。