算力被「卡脖子」,光子時代「換道超車」

2023-11-07   光錐智能

原標題:算力被「卡脖子」,光子時代「換道超車」

隨著摩爾定律的式微,曾經的革命性技術已難以滿足新一輪科技革命中人工智慧、雲計算、能源等新興產業的需要。如今,以光子產業為代表的科技創新的技術突破和產業化應用已重塑全球創新和產業格局,人類即將迎來以集成光路為基礎設施的智能化時代。

2016年,中科創星創始合伙人米磊博士提出「米70定律」。他認為,光學技術會是未來一項非常關鍵的基礎技術,其成本會占到未來所有科技產品成本的70%。

米磊認為,發展光子產業,既是推動中國打造未來萬億產值產業集群的重要著力點,也是搶占全球科技創新重要戰略的切入點。而在2023全球硬科技創新大會上,米磊正式發布的國內首份光子產業領域大型研究報告《光子產業發展白皮書》,則進一步指出:光子晶片所具有的高速度、低耗能、工藝技術相對成熟等優勢,能夠有效突破傳統集成電路物理極限上的瓶頸。

可以說,抓住光子產業,就抓住了硬科技的未來。

龐大的光子產業鏈

光子產業已經發展數十年,可劃分為上游的光子材料、中游的光子晶片/器件/模塊,以及下游的設備/系統和產業應用。

《白皮書》指出,近年來,光子產業正在迎來快速發展。截至2020年,全球有四分之一的國家參與光子產業鏈分工,共有4842家企業研發、生產和銷售光子核心器件和產品。其中,中國(1804家)和美國(946家)合計企業占據了一半以上的市場份額。2021年全球光子產品全年收入已經超過2.1萬億美元,而每年的光子產品和相關服務的估值則高達7—10萬億美元左右,約占全球世界經濟總量的11%左右,隨著「消費電子」過渡到「消費光子」,光子產業已經成為全球發展最快的未來產業之一。

從細分市場來看,十大光子驅動的細分市場表現出不同的增長率,前四大增長領域是:半導體製造(+24%),光伏(+21%),傳感(+14%),顯示器(+8%)。

在增長最快的半導體製造中,在晶片競爭中落後於電子晶片的光子晶片,正在崛起。

高速數據處理和傳輸構成了現代計算系統的兩大支柱伴,而隨著大模型、5G、AIoT、雲計算等各項信息技術的落地與普及,對這兩者提出了更高要求。目前,微電子晶片的物理性能已經逼近極限,且串擾、發熱和高功耗痼疾難改。同時,在現有馮諾依曼計算系統採用存儲和運算分離的架構下,存在「存儲牆」「功耗牆」、「I/0牆」等瓶頸,嚴重製約系統算力和能效的提升。

光子晶片具有的物理性能優勢,可以為信息獲取、傳輸、計算、存儲、顯示等技術需求大幅降低信息連接所需的成本、複雜性和功率損耗。事實上,以光子晶片為核心的光模塊器件,已經在數據中心等應用場景中發揮巨大功能。

換道超車,底層科研與產業集群需齊頭並進

世界各主要國家均在光子技術和產業的發展中競相追逐。21世紀之初,美國政府便提出「誰在光子產業方面取得主動權,誰就在21世紀的尖端科技較量中奪魁」,並加大投資AIM Photonics為代表的創新研究所;歐盟將光子技術納入「地平線2020」「(ECSEL JU)年度戰略計劃」等國家戰略;日韓則加大對光子技術的研發和支持,以保持其行業領先的地位。

我國光子產業發展水平與世界處於並跑階段,在光子基礎理論研究和技術發展方面具有一定的優勢,中國擁有世界規模最大的從業人數,光子產業在2012—2020年的復合增長率已經接近23%,光子產品全球份額也從2005年的10%提升到2019年的30%。

儘管光子產業對於我國建設科技強國的未來價值已初顯端倪,但我國面臨的挑戰也不可忽視。針對我國光子產業發展現狀和產業發展各環節存在的問題,《白皮書》提出了相應的對策與建議——制定光子技術與光產業發展中長期規劃與戰略;構建光子產業生態體系,提升產業鏈現代化水平;建設國家級關鍵共性技術平台,突破共性技術;建設世界一流光子學研發機構,攻關前沿技術;完善光子產業配套功能,提升企業核心競爭力。

光子技術產業革命是我國在光電半導體領域60年一遇的「換道超車」重要機遇,米磊博士說:「對我國而言,既要在電子晶片領域儘快補短板,也要儘早在光子晶片等新賽道布局發力。雙管齊下,抓住新一輪科技革命和產業變革的機遇,未來才有望實現『非對稱趕超』。」

產業不能無中生有,需要依託底層的科研能力和配套的產業集群。

目前,在國內,除了北京、上海、廣州等一線城市,武漢、西安、蘇州、無錫四座在光子產業方面進行體系化布局的新興城市落地較為快速。

其中,西安在光子產業發展上與北京、上海、廣州、武漢等城市基本處於同一起跑線,且在特定關鍵核心技術等方面擁有較強的領先優勢。尤其是在「西光模式」的推動下,西安光子產業集群已初具規模,初步形成了光子製造、光子信息、光子傳感等產業集群。與此同時,200餘家光子技術企業集聚西安,培育孵化了炬光科技、萊特光電、中科微精、奇芯光電等一批國內光子領先企業。《白皮書》預計,到2023年,西安將實現千億級產業規模目標。

11月3日下午,在西安舉行的2023全球硬科技創新大會——光子產業發展論壇暨硬科技成果轉化論壇上,基金總規模達20億元的「陝西光子產業強鏈基金」舉行簽約儀式。該基金總規模20億元,存續期7年,將為進一步推動陝西省光子產業技術創新、培養光子產業龍頭奠定堅實基礎。

西科控股董事長、總經理曹慧濤表示:「光子產業強鏈基金的設立,將為加快建設西安『雙中心』、做優秦創原、做強硬科技,為國家創新驅動發展探索新路徑、提供新動能,解決一系列難點和痛點問題。」據了解,作為「陝西光子產業強鏈基金」發起者與管理者,西科控股已投資孵化硬科技企業440餘家,其中150餘家為光子產業領域企業。

下一步,「陝西光子產業強鏈基金」將繼續圍繞光子產業發展痛點,依託資本力量,重點支持本地優質創新企業發展,積極推動企業上市,同時引入外部優質光子產業企業,發揮光子產業鏈「強鏈」作用。未來,該基金將成為推動陝西光子產業和經濟高質量發展的強大「引擎」,加速以光子技術為代表的新一代信息技術發展,助力我國實現戰略高技術產業向上突破。