借助硅光子技术，苹果Apple Watch或将开创新的历史

2023-02-24 15:26

据彭博社报道，苹果一项可追溯至乔布斯时代的重要计划已于近日获得重大突破，Apple Watch将有望实现无创和持续的血糖检测。

知情人士透露，这项代号为E5的神秘项目使用了苹果自研的硅光芯片和传感器，完成了血糖监测系统在Apple Watch上的成功搭建，使苹果有信心将其推向市场。

在当前的血糖监测领域，国际上更推荐的方法是CGM（Continuous Glucose Monitoring，连续血糖监测）。该方案通过通过植入皮下感应器24小时连续监测葡萄糖水平，并将其中的数据发送到电脑，以软件分析患者的血糖状况。

而苹果采取的则是完全区别于传统采血测量的“光学吸收光谱”（Optical Absorption Spectroscopy）测量技术。该技术使用激光将特定波长的光发射到皮肤以下的区域，光再以指示葡萄糖浓度的方式反射回传感器，通过算法对人体组织液含有的可以被葡萄糖吸收的物质浓度的计算，达到确定血糖水平的目的。

此项研究并非苹果心血来潮，早在2010年完成对RareLight的收购后，苹果就开始研究替代性的血糖监控技术。

公司多年来通过Exploratory Design Group（XDG）部门的几百名工程师持续对血糖监控项目E5进行研究，虽然该项目被苹果列为短期内无法获得盈利且实现可能性不大的所谓moonshoot项目，但苹果却依旧为该项目投入了数亿美元，且公司CEO库克、首席运营官Jeff Williams和Apple Watch硬件的负责人Eugene Kim都参与了E5，足见公司对血糖检测市场的重视。

目前来看，该技术的在实际应用方面的表现还未趋于完善，Apple Watch在无创血糖监测技术也还有很长的一段路要走，但可以预见，若苹果这项技术真能成功落地的话，将有极大可能颠覆数十亿美元的糖尿病医疗行业市场，同时开启可穿戴设备的下一个征程。

显而易见，硅光芯片在Apple Watch中的成功应用为硅光技术从工业市场“下沉”到消费电子市场提供了优秀案例：硅光技术的未来将是实实在在融入普通的生活的方方面面，在医疗健康、高性能计算、智慧生活等方面为社会发展提供助力。

相较于传统电芯片，硅光芯片主要有三大优势：集成度高、成本下降潜力大、波导传输性能优异。

硅光子技术具有更高的集成度及更多的嵌入式功能，有利于提升芯片的集成度。同时，硅光子芯片的基础材料选择为硅基材料而非GaAs／InP衬底，在规模化生产中其成本将大大降低。硅的禁带宽度为1．12eV，对应的光波长为1．1μm，因此，硅具有优异的波导传输特性，其对于1．1－1．6μm的通信波段（典型波长1．31μm／1．55μm）是透明的。此外，硅的折射率高达3．42，与二氧化硅可形成较大的折射率差，确保硅波导可以具有较小的波导弯曲半径。

硅光芯片的技术突破和快速迭代，以及高速增长的商业化需求，归因于云计算与人工智能的大爆发。大型分布式计算、大数据分析、云原生应用让数据中心内的数据通信密度大幅提升，硅光芯片能够在低成本的前提下有效提高数据中心内集群之间、服务器之间、乃至于芯片之间的通信效率，使数据传输突破性能瓶颈。

在未来，硅光芯片的应用场景十分广阔，特别是在智能驾驶、量子通信以及军事领域，硅光芯片都有着很大的潜力。

在智能驾驶方面，硅光芯片的的应用目前主要集中于激光雷达方向。车载激光雷达技术需要多路激光发射和接收，所以对于多路信号控制十分依赖，这恰恰是硅光芯片的优势，高度集成性和电光效应相位调谐能力使得它非常适宜在车载激光雷达上取代传统芯片得以应用。

在量子通信领域，硅光芯片则凭借其特性实现了对纠缠态光子的操纵控制。就目前而言，硅光子技术商业化较为成熟的领域主要在于数据中心、高性能数据交换、长距离互联、5G基础设施等光连接领域，800G及以后硅光模块性价比较为突出。根据LightCounting的预测，硅光芯片未来将支撑大型数据中心的高速信息传输，在这一背景下，预计到2024年800G光模块规模将超过400G光模块市场，达70亿美元。

而在军事领域，硅光芯片更是有其不可替代的作用。由于其高速传输速率，硅光芯片可使处理器内核之间的数据传输速度快100倍甚至更高，能为未来信息化联合作战提供高速、海量的数据支撑，高速硅光模块的推出也将有效满足高速军事通信对超高传输速率、超低延时、超高稳定性、超低成本、低干扰的要求。此外，应用硅基光电子芯片的军事高性能计算机，也在导弹弹道计算、核爆炸计算等方面发挥重要作用。

可以说，硅光技术在摩尔定律逼近极限的当下在已成为业界公认的突破技术枷锁的可实现方案。2021年底，阿里巴巴达摩院将硅光芯片列入2022十大科技趋势之一，通过运用电子芯片先进的制造工艺及模块化技术，与成熟的电子芯片技术融合，结合光子和电子优势的硅光技术将是未来的主流形态。

在达摩院看来，硅光子和硅电子芯片取长补短，充分发挥二者优势，将促使算力的持续提升。未来3年，随着云计算与人工智能的大爆发，硅光芯片将迎来技术快速迭代与产业链高速发展，承载起绝大部分大型数据中心内的高速信息传输；未来5－10年，以硅光芯片为基础的光计算将逐步取代电子芯片的部分计算场景，到时，硅光技术才将真正迎来它的黄金时代。