中國光子晶片突破：因應美國限制，形塑量子科技未來

目錄

1. 中國光子晶片的重要里程碑：半導體創新的新時代
2. 什麼是光子晶片？為何重要？
3. 中國光子晶片生產現況：CHIPX 計畫
4. 美國出口管制：推動中國半導體發展的催化因素
5. 政府支持的實驗室與試點生產線：中國的戰略回應
6. 中國更廣泛的半導體策略：從研發到人才培育
7. 晶片設計創新：人工智慧的角色
8. 挑戰與限制：中國光子晶片的未來之路
9. 專家觀點：戰略壓力下的創新
10. 更廣泛的影響：量子科技與 AI 領導地位的全球競逐
11. 摘要

中國光子晶片的重要里程碑：半導體創新的新時代

中國在追求科技自主的重要進程中再創里程碑：隸屬上海交通大學的研究機構啟動光子晶片大規模量產。這項發展以位於江蘇省無錫市的集成光子晶片探索中心（CHIPX）為核心，象徵中國半導體產業向前邁進一大步，尤其是在美國出口管制日益升高之際。此舉不僅助長中國在量子運算與高速光通訊領域的企圖，也凸顯中國更廣泛的策略：克服外國技術限制，並培育本土創新。

什麼是光子晶片？為何重要？

光子晶片又稱光子積體電路，代表資訊處理與傳輸方式的一項重大轉變。傳統電子晶片使用電子，光子晶片則運用光粒子（光子）傳遞資料。這項根本差異帶來多項優勢：

• 速度：光的傳播速度比電訊號快，因此能實現更高的資料傳輸速率。
• 能源效率：光子晶片產生的熱量較少、耗電量也較低，適合用於資料中心與高效能運算。
• 頻寬：光子晶片可同時處理大量資料，這對 5G、6G 等下一代網路至關重要。

光子晶片的應用範圍廣泛，包括量子運算、資料通訊、自動駕駛車輛、生醫科技、國防與航太。其以空前速度處理和傳輸資訊的能力，使其成為未來科技的基石。

中國光子晶片生產現況：CHIPX 計畫

無錫的 CHIPX 設施於 2023 年 9 月開始運作，並迅速獲中國工業和信息化部認定為「國家級重點試點平台」。該機構目前生產 6 吋薄膜鈮酸鋰光子晶片晶圓，年產能達 12,000 片，每片約可製成 350 顆晶片。這是中國首次達到此一生產規模，也讓 CHIPX 成為國內光子晶片製造的領導者。 CHIPX 主任金賢敏強調此計畫的戰略重要性，表示這條整合生產線結合研究與開發、製程驗證及可擴展的製造能力。他形容這項成果「進一步提升中國在量子科技領域的自主能力與全球競爭力」。 這個平台不只用於製造，也將與產業夥伴分享設計與製程專業知識。這種合作模式旨在加速光子晶片在 5G、6G、人工智慧（AI）資料中心及量子運算網路等領域的商業化應用。此外，這項計畫預計也將支持無錫成為 AI 發展中心的目標，並協助突破算力瓶頸。

美國出口管制：推動中國半導體發展的催化因素

中國光子晶片突破的背景，是美國出口管制迅速演變，持續針對先進半導體與晶片製造設備。自 2018 年起，美國將包括華為、中芯國際（SMIC）等多家中國科技企業列入貿易黑名單，限制其取得關鍵外國技術。川普與拜登政府任內均擴大相關措施，新增出口管制與關稅，影響範圍不只涵蓋企業，也包括研究機構與大學。 這些限制迫使中國加快投資化合物半導體、光子技術與量子運算等替代技術。中國政府則透過促進供應鏈各環節合作、增加研發支出，以及鼓勵在全國各地設立試點生產線與研究中心來因應。

政府支持的實驗室與試點生產線：中國的戰略回應

許多遭美國列入黑名單的中國晶片製造商與設備廠商，愈來愈仰賴政府支持的實驗室及大學附設試點生產線，持續推進研發工作。武漢、無錫、寧波等城市的設施提供重要的試製與驗證服務，取得海外技術的管道往往也比商業機構更具彈性。 例如，武漢的湖北長江存儲實驗室讓長江存儲科技（YMTC）的工程師在量產前驗證新晶片設計。同樣位於武漢的九峰山實驗室（JFS Laboratory）專攻化合物半導體與矽光子技術，吸引世界各地頂尖科研人才。這些實驗室在設備效能評測、新材料驗證及支援下一代技術發展方面，扮演關鍵角色。

中國更廣泛的半導體策略：從研發到人才培育

中國因應美國限制的策略涵蓋多個層面。除了擴大產能，中國也大力投資研發、人才培育與產業聚落建設。根據中國國家統計局資料，中國 2023 年的研發支出超過 3.3 兆元人民幣（4,580 億美元），幾乎是 2017 年的兩倍。投資大幅增加之際，上海交通大學、南京航空航天大學等頂尖大學也陸續設立半導體相關學院。 這些教育計畫旨在擴大基礎技術的學習機會，培育新一代本土人才。課程專業涵蓋電子自動化設計、晶片生產設備及先進晶片製造，目標都是降低對外國專業技術的依賴。

晶片設計創新：人工智慧的角色

除了硬體進展，中國也在晶片設計自動化方面取得進展。中國科學院（CAS）近期推出 AI 晶片設計系統「啟蒙」（QiMeng），可自動完成整個積體電路設計流程。啟蒙運用大型語言模型，設計出的晶片效能與效率可媲美人類專家，並大幅縮短開發時間、降低成本。 這項創新正逢其時，因為美國已向主要電子設計自動化（EDA）軟體供應商施壓，要求停止對中國銷售，進一步加深中國取得必要設計工具的困難。透過開發啟蒙等國產替代方案，中國希望即使面臨外部限制，仍能維持半導體創新的動能。

挑戰與限制：中國光子晶片的未來之路

儘管有所進展，中國光子晶片產業仍面臨重大障礙。根據中國顧問機構 AskCI 的報告，預估中國光子晶片市場在 2024 年將達約 152 億元人民幣（21 億美元），高於 2023 年的 138 億元人民幣。然而，部分先進光子晶片供應鏈的國產化率仍不到 5%，顯示某些關鍵零組件仍高度仰賴進口材料與設備。 此外，研究機構與大學雖然通常面臨較少貿易限制，但也無法完全免於政治緊張局勢的影響。美國已將多所中國頂尖大學列入實體清單（Entity List），要求對出口與合作進行更嚴格審查。歐洲也開始更密切檢視與中國的研究合作，引發對研究安全及技術轉移的疑慮。

專家觀點：戰略壓力下的創新

業界專家提醒，不應低估中國的創新能力，即使其政府主導體制存在效率不彰與產能過剩等問題。資訊科技與創新基金會（Information Technology and Innovation Foundation）全球創新政策副總裁 Stephen Ezell 指出：

在各個領域以及整體支出方面，中國的研發支出已接近美國。如果中國持續大舉投資，而美國的預算環境受到限制，中國確實有可能超越美國。

蒙田研究所（Institut Montaigne）國際研究主任 Mathieu Duchatel 補充表示，美國及其盟友施加的強大戰略壓力，是推動中國創新的重要力量：

人們不應只因中國的政府主導體制效率不彰，就低估其創新能力。美國及其盟友對中國施加的強大戰略壓力，也是一股重要的動員力量。

更廣泛的影響：量子科技與 AI 領導地位的全球競逐

中國成功量產光子晶片，對全球科技格局具有深遠影響。光子晶片是量子電腦發展的關鍵，量子電腦有望徹底改變從密碼學到藥物探索等領域。光子晶片對下一代 AI 資料中心也至關重要，能更快速、有效率地處理大量資料集。 中國在這個領域的進展，對台積電（TSMC）、三星（Samsung）等西方與東亞半導體巨擘的傳統主導地位構成挑戰。儘管中國企業在某些先進製程方面仍落後，但其在光子技術、AI 驅動的晶片設計及替代半導體材料方面迅速進展，顯示技術差距正在縮小。 與此同時，全球半導體供應鏈仍高度互相依存。即使中國力求自給自足，在晶片生產的某些環節仍持續仰賴進口設備與材料。地緣政治緊張局勢與出口管制可能在未來多年持續左右產業發展，為各方帶來創新風險與機會。

摘要

• 中國在無錫 CHIPX 設施啟動光子晶片大規模生產，為其半導體產業寫下重要里程碑。
• 光子晶片以光處理與傳輸資訊，相較傳統電子晶片，在速度、能源效率與頻寬方面更具優勢。
• 這項突破發生在美國出口管制升高之際，促使中國大舉投資替代技術、研發與人才培育。
• 政府支持的實驗室與大學附設試點生產線，在支援國內晶片創新、克服外國技術限制方面扮演關鍵角色。
• 中國仍面臨持續挑戰，包括先進光子晶片供應鏈國產化率偏低，以及受到美國與歐洲更嚴格的審查。
• 啟蒙等 AI 驅動的晶片設計系統展現中國降低對外國技術依賴、加速半導體發展的決心。
• 量子運算與 AI 領導地位的全球競逐日趨激烈，中國在光子晶片方面的進展正在重塑競爭格局。