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    算力上游重要突破!速度提升1000倍,更快更节能的光子芯片来了,概念股稀缺
    发布日期:2024-05-16 13:09    点击次数:178

    集成铌酸锂微波光子芯片不仅速度比传统电子处理器快1000倍,且具有超宽处理带宽和极高的计算精确度,能耗也更低。

    超高速微波光子学芯片研发成功

    据中国科学报,日前,香港城市大学副教授王骋团队与香港中文大学研究人员合作,利用铌酸锂为平台,开发出处理速度更快、能耗更低的微波光子芯片,可运用光学进行超快模拟电子信号处理及运算。相关研究成果在2月29日发表于《自然》。

    据介绍,该芯片不仅在速度上比传统电子处理器快出1000倍,而且能耗更低。其广泛的应用领域涵盖了5G/6G无线通信系统、人工智能、计算机视觉以及图像/视频处理等多个方面。

    王骋教授表示,低能耗对于人工智能领域有着重大意义。越来越多的人工智能产品问世,产品更新迭代速度加快,人工智能模型所具备的规模越来越大、复杂度越来越高。随之而来的是能量消耗问题日益凸显。

    为了解决这些难题,王骋团队将超快电光转换模块与低损耗、多功能信号处理模块同时放置在一块芯片上,组成集成微波光子系统;而能实现卓越效能的原因是负责集成的薄膜铌酸锂平台。

    该集成铌酸锂微波光子芯片不仅速度比传统电子处理器快1000倍,具有67吉赫兹的超宽处理带宽和极高的计算精确度,而且它的能耗更低。以处理一个250×250像素的图片为例,集成铌酸锂微波光子芯片仅需要3纳焦的能耗就能完成对图片边缘信息的提取,而传统的电子芯片若要执行相同的任务,则需要几百甚至上千纳焦的能耗。

    铌酸锂电光系数优势明显

    光子芯片的主要功能在于实现光信号与电信号之间的相互转换。从性能上看,光子芯片的计算速度可以达到电子芯片的约1000倍,同时具有更低的功耗。

    光电信号之间的转换,重要的器件是调制器,常见的电光调制器按材料划分主要可以分为硅基调制器、磷化铟调制器和铌酸锂调制器。

    铌酸锂又被称为“光学之硅”,重要性堪比集成电路中的硅,该材料光学损耗极低。相比硅基方案(硅光)和磷化铟方案,铌酸锂方案电光系数显著高于磷化铟,而硅没有直接电光系数,因而铌酸锂调制器是大容量光纤传输网络和高速光电信息处理系统中的关键器件。

    铌酸锂方案具有高带宽、低插损、较高消光比等优点。光大证券就指出,薄膜铌酸锂调制器具有尺寸小、带宽大的优点,适配于800G等高速率光模块场景。基于硅基的调制器速率约为60G~90Gbaud,磷化铟调制器可达到130Gbaud,薄膜铌酸锂调制器已有产品速率可达到260Gbaud。因而在后续的800G、1.6T甚至更高速率光模块中,铌酸锂技术路线未来可期。

    随着调制速率要求的提高,薄膜铌酸锂的优势将更加明显,机构预计2025年后薄膜铌酸锂将逐渐商业化。光大证券预测,2025年全球铌酸锂晶体市场规模有望达到35亿元—40.4亿元,其中光模块领域薄膜铌酸锂市场规模的占比将有望达到7.2%—19.6%。

    未来,铌酸锂光子集成芯片有望像硅基集成电路一样,成为高速率、高容量、低能耗光学信息处理的重要平台,在光量子计算、大数据中心、人工智能及光传感激光雷达等领域彰显其应用价值。

    铌酸锂相关上市公司出炉

    薄膜铌酸锂技术壁垒高。上游铌酸锂晶体方面,全球市场中,德国爱普科斯、日本住友金属矿业、德国KorthKristalle是市场份额排名前三。

    我国铌酸锂晶体行业起步较晚,但发展势头迅猛,主要参与者包括天通股份、德清华莹、南智芯材、福晶科技等。根据共研网数据统计,2021年国内铌酸锂企业产能主要集中在德清华莹(华为参股)和天通股份,约各占40%。

    在铌酸锂大尺寸晶片方面,我国也实现突破。据天通股份官微消息,2023年5月8日,位于徐州经开区的天通凯巨科技有限公司铌酸锂大尺寸晶片正式量产,光通信领域关键原材料突破“卡脖子”技术,实现国产化替代。

    福晶科技是全球非线性光学晶体龙头,开展独立自主研发,能够提供各种规格高质量的铌酸锂晶体,相关产品已成功推向Lumentum等光器件厂商。

    在中下游应用方面,铌酸锂调制器行业竞争格局较为稳定,全球仅有富士通、住友和光库科技三家主要供应商可以批量供货。光库科技是薄膜铌酸锂调制器核心厂商,公司具备了开发高达800Gbps及以上速率的铌酸锂调制器芯片和器件的关键能力。

    多家公司已经将薄膜铌酸锂调制器技术应用到光模块中。

    新易盛在OFC 2023上展示了基于薄膜铌酸锂调制器的800G OSFP DR8光模块。德科立推出基于TFLN(薄膜铌酸锂)技术的低功耗800G产品。

    在投资者互动平台中,多家公司也有回应。

    中际旭创表示,薄膜铌酸锂材料具有良好的电光效应和应用前景,公司会根据市场需求开发相关产品。

    联特科技表示,公司有基于薄膜铌酸锂调制技术的800G光模块。

    光迅科技表示,公司搭载薄膜铌酸锂的产品达到了客户的需求。

    剑桥科技表示,公司开始了基于铌酸锂技术的产品研发,以适应今后几年高端市场的需求。



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