硅光子是一種令人振奮的技術,，它融合了光學、CMOS技術以及先進的封裝技術,。這種組合得力于半導體晶圓制造的可擴展性,，因而能夠降低成本,。據市場調研機構預測，在2020年以前,，硅光子芯片將遠遠超越銅布線的能力,，而其解決方案可望部署于高速的訊號傳輸系統中。在2025年及其后，這項技術將更廣泛地用于處理互連多核心與處理器芯片等應用中,。以芯片級而言,，這一市場預計將在2025年時達到15億美元。
目前,，硅光子技術在數據中心領域的應用率先取得了成功,。早在2009年，英特爾就將硅光子技術用在了光傳輸上,，致力于多核處理器技術的快速發(fā)展,，提升計算機的運算性能。這種技術是指在倍增區(qū)施加電場,，通過吸收層一個光子激發(fā)一個電子來到倍增區(qū),，在經過系統列電離化后產生10倍~100倍的電子，以放大信號,。雪崩探測器這個特別的結構可以讓它在光信號接受這一過程,，要么縮短傳輸距離N倍,，要么節(jié)能N倍,。對于未來的處理器來說，硅光電系列在傳輸的信息量不變的情況下可以節(jié)能數十倍或是上百倍,，如果在同樣的功耗下則可以增加數十倍或上百倍的傳輸距離,。通過提高光調制器的編碼速度以及增加每塊芯片上激發(fā)起的數量，來讓數據的傳輸速度達到1Tbps,，以便應對未來的數據密集型應用,，這會給數據中心和云計算中心的架構帶來全新的改變。
除了數據中心,，硅光子技術還可以應用于其它令人關注的應用,，包括高性能計算、電信,、傳感器,、生命科學以及量子運算等高階應用。
硅光子技術應用范圍
高性能計算
高性能計算通常指的是把計算能力集合起來,，提供比一般臺式計算機或工作站更高的計算性能,，以解決科學、工程或商業(yè)中的大型問題,。憑借微處理器性能的加速提升,，以及近期涌現的多處理器芯片（CMP），高性能計算系統的性能瓶頸已經從處理器轉為通信基礎設施,。
因此,，通過利用波分復用（WDM）的并行性和容量，光互連可以提供高帶寬、低延遲的解決方案,，以解決未來計算系統帶寬可擴展性的挑戰(zhàn),。光聯接存儲系統可以通過高帶寬容量、能效比特率透明性以及飛行時間延時實現持續(xù)的性能擴展,。
硅光子技術是超級計算市場的重要研究方向
電信
電信領域也是硅光子技術的一個可能應用,，相比現有的光通信技術，硅光子組件在低成本,、高集成度,、更豐富的功能嵌入、更高的互聯密度,、更低的功耗以及更高的可靠性方面,，能夠滿足當前數據中心提出的新要求。越來越多的廠商開始爭相進入硅光子產業(yè),。目前大多為100G數據傳輸速率產品,，很快400G產品也將陸續(xù)登場。除了領導廠商Luxtera,，Acacia公司的單芯片硅光子100G相干收發(fā)器獲得了市場應用,，為硅光子技術在電信領域的應用開辟了道路。
在流量高速增長,、5G密集組網以及數據中心建設等新需求的推動下,，光模塊的需求量與日俱增，市場規(guī)模不斷增大,，作為高集成度技術方案,，硅光子技術在光通信市場會逐步贏得青睞。在去年8月份,，由國家信息光電子創(chuàng)新中心,、光迅科技公司等單位聯合研制的“100G硅光收發(fā)芯片”正式投產使用，在一個不到30平方毫米的硅芯片上,，集成了包括光發(fā)送,、調制、接收等近60個有源和無源光元件,，是目前世界上集成度最高的商用硅光子集成芯片之一,。超小型、高性能,、低成本,、通用化等優(yōu)點，使其可廣泛應用于傳輸網和數據中心光傳輸設備,。
生物化學和氣體傳感器
硅光子技術對于生物醫(yī)療和傳感器的傳感應用,，也是值得關注的平臺。未來的自動駕駛汽車為了高速響應性能，需要極低延時的高等級安防系統,。LiDAR（激光雷達）也是硅光子技術極具吸引力的應用,，IMEC（歐洲微電子研究中心）已經啟動了多項研發(fā)計劃，正在開發(fā)必要的相關技術,。對于航空航天應用,，尺寸和重量對于降低功耗都是非常關鍵的參數，因此硅光子技術也有用武之地,。
隨著具發(fā)展前景的大量新興可攜式應用崛起,，業(yè)界對于氣體偵測的興趣日益重要。將生物化學或氣體傳感器整合于智能型手機或可穿式裝置中,，正成為許多公司發(fā)展藍圖的一部份,，但這一類裝置的尺寸、成本與靈敏度目前仍然存在問題,。為了讓光學式氣體傳感器更進一步微縮,，有些公司已經開始思考采用硅光子技術作為其裝置的整合平臺。
量子運算
光量子計算機使用光子來編碼量子比特,，通過對光子的量子操控及測量來實現量子計算,，有望解決密碼破譯、分子模擬,、大數據處理等傳統計算機難以解決或解決不好的計算任務,。去年8月份,，中國的軍事科學院國防科技創(chuàng)新研究院,、國防科技大學、中山大學和北京大學,，以及英國的布里斯托爾大學等機構的科研人員合作,，利用硅基光波導芯片集成技術，設計并開發(fā)出面向通用量子計算的核心光量子芯片,。使用這一芯片制造的光量子計算機可實現小規(guī)模量子檢索,、分子模擬和組合優(yōu)化問題等應用。這是推動光量子計算機大規(guī)模實用化的重要一步,。