悉成金融投资研究中心主任首席投资官张云虎：光电融合的发展趋势

在信息技术迭代节奏不断加快的当下，数据算力规模、信息传输速率、多节点交互密度迎来爆发式攀升，传统纯电子信息系统的物理瓶颈正变得愈发突出。受限于电子载流子的传输损耗高、易受电磁干扰、带宽拓展空间有限等固有缺陷，单纯依托微电子工艺精进、芯片制程线宽缩小的技术路线，已经逐步贴近物理极限与能效天花板。在这一产业发展的关键节点，光电融合技术顺势兴起，成为突破信息处理、高速传输、智能感知等领域瓶颈的核心关键技术。光电融合绝非光学技术与电子技术的简单叠加，而是通过光子与电子的特性互补、架构协同、异质器件集成，搭建起光负责高速承载传输、电完成逻辑运算控制的全新信息体系，是后摩尔时代信息技术迭代升级的核心方向，能够为算力升级、通信革新、智能感知、光电显示等多个技术领域提供全面赋能。

光子与电子拥有完全不同却又高度互补的物理属性，这正是光电融合技术能够实现性能跨越式突破的核心底层逻辑。电子作为沿用至今的传统信息载体，具备精准可控、便于存储、逻辑运算体系成熟、电路集成度高的突出优势，适配高精度数值计算、时序精准控制、数据持久存储、电路驱动调控等场景，是现代微电子技术、芯片运算体系、电子控制系统的核心根基。但电子信号的传输存在天然短板，高速传输场景下会产生严重的电阻损耗、电容串扰与电磁辐射干扰，传输距离越远、运行速率越高，信号衰减与延迟问题就越突出，同时整体功耗会大幅攀升，很难适配超高速、超大容量、长距离的信息传输需求。和电子相比，光子拥有无可替代的传输优势。光子传输过程中完全不受电磁干扰，信号损耗极低，带宽容量几乎没有物理上限，还具备天然的并行传输能力，可以实现多维度、多通道的同步信息传递，完美解决了电信号高速传输的核心痛点。但光子技术同样存在明显短板，光子很难实现精准的逻辑存储、时序控制与复杂数值运算，纯光系统无法搭建完整的信息处理闭环，难以独立构建起全功能的信息处理体系。光电融合技术的核心价值，正是打破光、电单一技术各自的应用壁垒，扬长避短、深度协同，让光子承担高速传输、并行交互、光场调控的核心功能，让电子负责精准运算、逻辑控制、数据存储与系统驱动，形成“电光协同、优势互补”的全新信息处理模式，重构现代信息技术的底层架构。纵观信息技术的发展历程，光电融合的演进贯穿了整个信息产业的迭代全程。早期的信息技术体系中，光、电技术处于分离应用的状态，电子系统负责终端侧的运算与处理，光学器件仅作为辅助传输工具，二者通过独立模块拼接实现基础联动，集成度低、协同性差，仅能满足低速、小容量的基础信息交互需求。随着大数据、人工智能、高速互联技术的快速发展，海量数据的实时处理与传输需求呈爆发式增长，模块分离式的光电组合模式的弊端彻底凸显，传输路径冗长、信号转换损耗大、系统延迟高、体积功耗大等问题，严重制约了设备性能的进一步升级。在此背景下，行业技术研发逐步走向光电集成化发展，共封装光学、硅光集成、微纳光电融合芯片等核心技术不断取得突破，实现了光器件与电器件的一体化封装、协同设计、微纳尺度集成。传统光模块与电芯片分离封装、通过电路板走线连接的模式被彻底革新，光引擎与运算芯片在同一封装体内紧密集成，大幅缩短了信号传输路径，有效降低了信号转换损耗与传输延迟，同时缩减了设备体积、压低了整体功耗，让光电融合从“模块级松散组合”正式迈入“芯片级深度融合”的全新阶段，成为后摩尔时代突破算力与能效瓶颈的核心使能技术。光电融合技术的逐步成熟，为多个核心技术领域带来了颠覆性升级，应用场景覆盖信息传输、智能计算、感知探测、光电显示等多个核心赛道，全面重构了各领域的技术形态与性能上限。在高速信息传输领域，光电融合是高速互联体系的核心基石。传统铜线电传输介质，在千兆、万兆级别的传输速率下损耗与串扰问题会变得极为严重，完全无法支撑超高速、长距离的数据传输需求。而基于光电融合架构搭建的光传输系统，依托光子低损耗、大带宽的天然特性，搭配电子系统的精准信号调制、解调与控制能力，实现了海量数据的高速、稳定、低延迟传输。从骨干网长距离传输链路到数据中心内部设备互联，再到芯片之间的短距离高速交互，光电融合技术彻底解决了高速数据交互的核心瓶颈，支撑起高密度、大流量、低时延的现代通信传输体系，为全场景海量数据的互联互通提供了坚实的核心保障。

在智能计算赛道，光电融合已经成为突破现有算力天花板的核心路径。当前人工智能、大数据运算的算力需求正以指数级速度攀升，传统纯电子计算芯片受限于电子传输的固有瓶颈，算力每提升一个台阶，都会伴随功耗激增、延迟走高、散热难度陡增等一系列连锁问题，算力能效比持续走低，很难支撑超大规模算力集群的长期稳定运行。光电融合计算架构跳出了纯电计算的单一发展模式，采用“光互联+电运算”的深度协同架构，借助光子的并行传输优势完成芯片之间、芯粒之间的海量数据高速交互，再通过成熟的电子电路完成精准逻辑运算与数据处理，大幅压低了算力传输环节的无效功耗，显著提升了数据交互的整体效率。与此同时，基于光电协同设计打造的新型计算芯片，可实现多维度并行运算，突破传统电子芯片的算力物理上限，完美适配人工智能深度学习、海量数据聚类分析、高精度工业仿真计算等高强度算力需求场景，让算力升级彻底摆脱单纯依赖制程缩小的路径依赖，开启了算力迭代的全新发展路径。在智能感知领域，光电融合技术正在推动整个感知体系完成高精度、全方位、智能化的全面升级。传统感知设备大多依赖单一电学传感或者纯光学探测方案，电学传感器普遍存在测量精度有限、复杂环境下抗干扰能力弱的短板，纯光学传感器则很难直接完成信号的精准量化与后端智能解析。光电融合感知系统将光学探测的高分辨率、无电磁干扰探测优势，和电子系统的信号采集、量化分析、智能处理能力深度结合，可实现对光场分布、空间位置、探测距离、物体姿态、环境参数等多维度信息的精准同步感知。依托薄膜铌酸锂等新型光电材料打造的融合感知芯片，可实现超宽带信号覆盖与自适应重构探测，完美适配极端复杂环境下的高精度感知需求。同时结合后端智能算法与数据溯源技术，光电融合感知设备可以完成感知数据的实时处理、精准研判与可信存储，广泛适配工业在线监测、智能车载传感、深空精密探测等各类场景，大幅提升了设备的复杂环境适配性与最终感知精准度。在光电显示领域，光电融合技术也在持续推动显示性能的代际迭代升级。通过电子系统精准调控电压、电流信号，动态调整光学器件的发光强度、色彩表现、色域覆盖与画面刷新率，最终实现高清、高色域、高动态范围的优质画面输出。随着相关技术的持续迭代，光电融合的微纳尺度调控能力不断提升，推动显示设备向超高分辨率、低运行功耗、柔性可弯折、轻量化、三维立体化方向快速发展，彻底打破了传统显示的形态局限与视觉体验瓶颈，进一步拓展了显示技术的应用边界。尽管光电融合技术已经取得了诸多突破性进展，也展现出了极为广阔的应用前景，但当前技术发展仍然面临大量亟待突破的瓶颈与挑战，覆盖材料适配、集成工艺、设计理论、热管理、成本控制等多个核心维度。首当其冲的是材料异质集成难题，光学功能材料与电子半导体材料的物理特性差异极大，在微纳尺度的集成过程中，很容易出现晶格失配、热应力不匹配等问题，直接导致器件稳定性下降、实际使用寿命缩短，严重制约了高密度光电集成芯片的量产良率提升。其次是热管理与性能稳定性难题，高集成度光电融合器件在高速运行时，光电转换、电路运算环节会产生集中热量，而光学器件对温度变化极为敏感，微小的温度波动就会引发光场偏移、信号失真等问题，如何实现高效定向散热、保障宽温域下的设备稳定运行，是当前行业亟待解决的核心技术难题。针对这些现存的技术瓶颈，全行业的研发力量正围绕材料创新、架构优化、工艺升级、理论完善四大方向持续攻关突破，推动光电融合技术向更高集成度、更低运行功耗、更高稳定性、更低制造成本的方向演进。在材料层面，行业正在持续探索新型适配性光电材料体系，优化硅基、铌酸锂、磷化铟等光电材料的异质集成工艺，通过材料改性、界面优化解决长期存在的晶格失配与热应力问题，全面提升光电器件的集成适配性与长期运行稳定性。在技术赋能层面，依托人工智能算法实现光电协同智能设计，通过海量数据训练优化器件结构、参数配置与工作模式，自动适配不同应用场景的性能需求，提升器件的自适应、自优化能力。同时，规模化工艺优化也在持续推进，通过标准化封装、自动化加工、良率提升技术，逐步压低光电融合器件的生产成本，推动这项技术从当前的高端专用场景，向通用化、规模化的大众场景持续普及。

光子作为不带电荷、无静止质量的能量载体，拥有电子完全无法比拟的信息传输先天优势。光子传播速度接近光速、传输损耗极低，传播全程不会产生任何电磁干扰，同时还具备波长、偏振、相位、幅度等多维度调制自由度，可实现单通道超大容量、多通道并行化的信息传输，完美匹配海量数据高速流转的各类应用需求。但光子本身不具备电荷特性，无法完成稳定的数据持久存储、精准的逻辑判断与有序的时序运算，不能独立搭建起完整的数字信息处理体系。光电融合的核心创新逻辑，正是实现这两种微观粒子的功能互补与机制深度协同，用光子承载高速、并行、长距离的信息传输与光场调控工作，用电子承担精准、稳定、可控的逻辑运算与系统调控任务，通过光电信号的高效转换、精准耦合与协同调度，搭建起“光传电算、光电一体”的全新信息处理体系。从技术迭代的维度来看，光电融合的发展，是信息系统从“光电分立”向“光电共生”持续演进的完整过程，贯穿了整个现代信息产业的升级全历程。早期的信息设备中，光学模块与电子系统属于完全独立分立的功能单元，二者仅通过外部接口完成简单的信号交互，光学器件只承担基础的信号收发、光路传导功能，核心的数据处理、运算控制环节完全依赖电子电路实现。这种分立模式结构简单、技术门槛较低，但存在信号转换环节多、链路损耗大、系统集成度低、响应速度慢等诸多明显缺陷，仅能适配低速率、小数据量的传统信息交互场景，完全无法匹配现代高密度算力网络的运行需求。随着微纳加工技术、新型光电材料技术的持续突破，光电融合技术正式进入集成化、微型化、一体化的全新发展阶段。行业研发彻底打破了光、电模块的传统分立设计思维，以微纳尺度为核心基准，实现光学波导、光调制器、光电探测器与电子运算芯片、驱动电路、控制模块的一体化集成设计。从最初的分立器件拼接、板级光电组合，逐步迭代为芯片级光电共封装、晶圆级光电异构集成，最大程度缩短了光电信号的传输链路，减少了不必要的信号转换损耗，大幅提升了系统的响应速度与集成密度，同时有效压低了设备整体的体积与运行功耗，让光电融合从过去的辅助技术升级为现代信息系统的核心底层架构。在现代信息科技体系中，光电融合技术已经实现了全领域渗透，覆盖高速算力网络、高精度传感探测、高速数据互联、智能光电终端等多个核心赛道，从底层重构了各类智能系统的技术形态与应用能力。在高速算力网络领域，当前算力的核心瓶颈早已从“运算能力不足”转变为“数据交互效率过低”。大规模并行计算、智能深度学习、海量数据聚类分析等场景中，芯片内部、芯粒之间、算力节点之间的海量数据交互，已经成为制约算力充分释放的关键因素。传统纯电互联架构的带宽与延迟短板，完全无法支撑超大规模的算力调度需求。基于光电融合打造的光互联架构，利用光子并行传输的天然优势，替代部分传统金属互联线路，实现算力节点之间的超低延迟、超大带宽数据交互，搭配电子电路的精准运算调度能力，大幅提升算力能效比，解决了高密度算力集群长期存在的功耗与散热难题，为通用算力、智能算力、超算算力的规模化发展提供了坚实的核心支撑。在高精度传感探测领域，光电融合推动传感技术从“单一参数感知”全面升级为“多维智能感知”。传统电学传感器依赖电荷变化采集环境参数，极易受复杂电磁环境干扰，探测精度、分辨率与场景适配性都存在明显上限；纯光学探测设备精度高、抗干扰性强，但缺乏信号量化、数据解析、智能研判的能力，无法直接落地实现智能化应用。

光电融合传感系统整合了光学高精度探测与电子智能化处理的双重优势，通过光学链路采集光场强度、偏振、光谱、相位等多维物理信息，再经由高精度光电转换模块将光信号转化为可解析的电信号，依托电子电路与智能算法完成数据滤波、量化分析、误差校正、结果输出。这种融合式传感体系具备精度高、抗干扰、响应快、维度全的优势，可适配精密工业检测、微弱信号探测、复杂环境感知等高端场景，实现传统单一传感技术无法达成的探测效果。在高速数据互联领域，光电融合是全域高速网络体系的核心基石。无论是设备内部的芯片互联、板间通信，还是设备之间、集群之间的高速数据传输，光电融合技术都彻底革新了传统电传输的技术体系。传统金属传输介质存在带宽上限，高速传输下串扰、损耗、发热问题突出，无法支撑千兆、万兆乃至更高速率的常态化传输需求。光电融合传输体系通过光调制技术实现电信号到光信号的精准转换，以光波为载体完成数据传输，再通过光电探测模块还原信号，兼具光传输的低损耗、大带宽、抗干扰优势与电控制的精准调制、灵活调度能力，构建起全链路、全场景的高速低延迟传输体系，支撑海量数据实时交互、云端协同运算、全域数据互通等数字化核心场景。在智能光电终端领域，光电融合实现了人机交互体验的全方位升级。各类智能终端的成像、显示、交互功能，本质上都是光电信号的双向转换与调控过程。除了传统显示技术之外，新兴的三维立体成像、近眼显示、全息交互、柔性光电终端等创新技术，均依托高精度光电融合架构实现技术突破。通过电子系统对电流、电压、驱动时序的精准调控，实现对光路、光强、色域、成像角度的精细化控制，同时利用光学结构优化弥补电学调控的精度短板，实现超高清晰度、高动态范围、高刷新率的成像效果，同时降低终端设备的运行功耗，推动智能终端向轻量化、柔性化、立体化、低功耗方向持续迭代。作为多学科交叉的前沿技术，光电融合在高速发展的同时，仍面临材料异构集成、多物理场耦合、精密工艺制造、系统协同设计等多层级技术难题，制约着技术的规模化普及与极致性能突破。温度变化会引发光路偏移、光电转换效率波动；电场扰动会影响光调制精度；结构应力会导致器件形变、信号失真。目前行业尚未形成成熟的多物理场协同调控体系，难以实现复杂工况下的精准稳定性控制，制约了高端光电设备在严苛场景的应用落地。

精密制造与全链条成本管控的现实难题依旧十分突出。光电融合器件对加工精度、封装工艺、对准精度的要求已经达到纳米级、亚微米级，核心工艺高度依赖顶级精密微纳加工设备与定制化专用封装技术，整体生产流程环节繁杂、量产良率长期处于低位，最终导致整体制造成本居高不下。当前高端光电集成芯片、精密光电器件的规模化量产供给能力不足，直接导致这项技术长期被局限在高端专用场景之中，很难向民用通用市场完成全面普及，严重拖慢了整个产业的规模化发展节奏。除此之外，光电融合系统的标准化设计体系至今尚未完全建立，不同架构、不同工艺路线产出的器件兼容性差，通用化、模块化程度偏低，进一步制约了技术的快速迭代与大范围落地普及。针对当前行业现存的各类痛点，全球科研机构与产业界正围绕材料创新、工艺优化、架构革新、体系完善四大核心方向持续攻坚，推动光电融合技术向高集成度、高性能表现、高运行稳定性、低制造成本的方向快速演进。在材料创新层面，行业重点研发适配异质异构集成的新型复合光电材料、低损耗光波导材料、高灵敏度光电转换材料，通过材料分子改性、界面特性优化、多层复合堆叠等技术手段，针对性解决不同材料体系之间的晶格失配、热应力不匹配等长期难题，全面提升光电器件的光电耦合效率与长期运行稳定性。在工艺与架构层面，大力推进晶圆级集成、三维堆叠集成、光电共封装等先进工艺的落地落地，彻底打破传统二维平面集成的物理尺寸局限，大幅提升光电器件的单位面积集成密度。同时推行模块化、通用化、标准化的光电架构设计思路，统一核心器件的接口标准、参数体系与集成规范，提升不同设备、不同模块之间的兼容性与可拓展性，压低后续系统设计与版本迭代的综合成本。借助人工智能仿真算法，搭建电、光、热、力多物理场一体化仿真模型，精准预判器件全生命周期运行过程中的多场耦合效应，提前优化器件结构参数与工作模式，大幅缩短器件研发周期、压低试错迭代成本。在产业落地层面，通过全流程自动化加工、大规模量产爬坡、良率精准提升技术持续优化生产全链路，逐步拉低精密光电器件的单位制造成本，推动光电融合技术从高端算力、精密探测等小众专用场景，向消费电子、工业互联、智能终端等海量通用场景全面渗透，最终实现技术的普惠化发展。同时依托跨学科的深度协同创新，持续完善光电融合的基础理论体系、全流程设计规范与统一测试标准，搭建起完整的技术创新与产业支撑体系。

光电融合将成长为未来数字信息产业的核心底层范式，彻底重塑传统电子信息产业的整体发展格局，推动信息科技正式迈入“光电一体化”的全新发展阶段。未来的信息系统将全面挣脱纯电学架构的物理束缚，实现传输、运算、感知、交互全链路的光电协同升级。在算力赛道，光电融合算力架构将完成大范围普及，搭建起超低功耗、超高并行度、超大算力规模的新型算力体系，为通用人工智能、超级工业仿真、大数据智能分析等前沿领域的突破性发展提供核心支撑。在感知领域，多维光电融合感知技术将实现全域落地，打造出高精度、全维度、强抗干扰、高度智能化的感知体系，成为各类智能设备、智能系统的核心感知底座。在终端与互联领域，光电融合将催生出全息空间交互、柔性光电终端、超高速全域互联等全新技术业态，彻底重构人机交互、万物互联的体验边界与产品形态。随着相关技术的持续走向成熟、配套产业生态的不断完善，光电融合将深度赋能数字经济、智能产业、高端制造等多个核心领域，成为信息科技持续创新、产业持续升级的核心驱动力，为现代数字社会的高质量发展提供坚实的技术底座，正式开启光电信息科技全域革新的全新篇章。

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