随着万物互联时代的到来，人工智能的不断兴起，各种AI模型如雨后春笋般层出不穷，颇有些乱花渐入迷人眼之意。应用背后的核心，是庞大的算力需求和高额的数据吞吐的支撑，但凡事皆有一体两面，这同时也成为掣肘AI继续发展的难题。特别是超级计算中心内部服务器间的高速互联需求日益迫切，预示着数据传输速率将从千兆每秒（Gbps）向太比每秒（Tbps）跨越。硅光技术成为了“救命稻草”。硅光技术的发展始于20世纪80年代，Soref发现了晶体硅中的等离子色散效应，为硅光调制提供了理论基础。之后大致经历了四大阶段：
- 初步探索阶段：科学家开始尝试在硅晶圆上制造光通道，利用超大规模集成电路工艺实现光电子器件的初步集成；
- 混合集成阶段：通过不同材料的混合集成，将硅基材料与III-V族材料（如磷化铟、砷化镓）结合，制作出具有高效能的光电器件。这一阶段的典型代表包括Marvell公司发布的6.4T 3D硅光引擎，通过3D封装技术实现了高性能的光引擎系统；
- 单片集成阶段：随着工艺技术的不断进步，各类光子器件和电子器件逐步实现在同一硅晶圆上的单片集成，极大地提高了系统的集成度和性能。例如，英特尔推出的光计算互连OCI技术，具备4 Tbps的双向带宽，支持64个通道，实现了光信号的高效传输和处理；
- 未来展望阶段：硅光技术有望通过光电一体技术融合，实现光电全集成融合，并通过器件的矩阵化表征和编程自定义，实现可编程芯片。这将为光计算、量子计算等领域提供更加灵活和高效的解决方案。
在光通信场景下，数据中心光通信是硅光的最大市场，随着硅光技术的发展，500 m-80 km的光通信模块将以硅光模块为主，成为应用主流。在数据中心场景下，对宽带的需求井喷使数据中心快速地从400G、800G过渡至1.6T，1.6T硅光模块市场已开始布局，并预计将在2025年放量。随着AI、5G及物联网这样的大数据和云计算时代的来临，面对高速率、大容量的数据吞吐和算力需求，硅光将迎来新一轮的技术革新和市场春天。
图片来源：中际旭创
今年开始，尤其是3月份的OFC 2024展会后，更多的光通信企业甚至下游企业宣布已经或者即将发布最新的基于硅光的光通信解决方案，预示着硅光技术已经开始大批量进入商业化，未来我们使用的6G，人工智能数据运算中心等，都将是硅光的天下。英特尔公司的硅光子产品主管Christian发博客称，英特尔在OFC 2024上展示的先进光学计算互连（OCI）芯片组，该芯片与下一代英特尔CPU共同封装，目标是爆炸性的AI扩展。使用铜线的传统电学I/O（输入输出系统）可以提供高带宽密度和低功耗，但只能在1 m左右的极短距离内实现。与电学I/O相比，光纤通信在长距离传输时的能耗更低，这对于构建能效高的数据中心和AI集群至关重要。但光学I/O的应用也面临着诸多挑战，如当前数据中心和早期人工智能集群中使用的可插拔光收发模块的技术复杂性、成本、集成水平等无法满足我们眼前人工智能工作负载的扩展需求。针对这一问题，作为硅光子芯片的市场领导者英特尔公司，开发了革命性的解决方案——光计算互连（OCI）芯片组。OCI芯片组是基于其内部硅基光电子技术的完全集成的光I/O解决方案。它包括：集成了激光器的硅基光电子芯片（PIC）、带有射频硅通孔（TSV）的电子集成电路、集成可拆卸/可重复使用光学连接器的路径。OCI芯片组支持每个方向的64个32 Gbps数据通道，最远可达100 m，利用8对光纤，每个光纤对承载8个密集波分复用 （DWDM） 波长。该联合封装解决方案的能效也非常高，与约15 pJ/bit的可插拔光收发器模块相比，每比特仅消耗5皮焦耳（pJ），有助于解决对电力要求的可持续发展问题。这种前瞻性的设计确保了OCI芯片组能够适应未来数据中心和AI集群对带宽不断增长的需求。硅光模块是硅光芯片的下游，作为光模块的全新升级，可进一步拓展应用。国内外多家光通信知名厂商牢牢把握技术风口，均早已将产业布局触角延伸至硅光模块领域，推出各式产品及解决方案。华工正源：正式推出1.6T-200G/λ高速硅光模块方案，在现有400G和800G成功硅光产品研发基础上，成功推出基于单波200G的1.6T各类模块产品。在展会现场发布并动态实时展示两款全新一代基于自研硅光的1.6T高端模块产品：1.6T OSFP （200G DSP）DR8和1.6T OSFP DR8 LPO。新发布的这两款1.6T光模块，搭载自研单波200G硅光芯片；其中1.6T OSFP（DSP）模块产品基于业界今年推出最先进的5 nm电口200Gbps PAM-4 DSP，设计兼容薄膜铌酸锂调制器和量子点激光器方案；而1.6T LPO光模块则在业界率先实现了高性能的Tx TP2光眼图和Rx TP4电眼图。两款模块产品适用于1.6T以太网与无限带宽系统的2x800G应用。
华工正源推出的单通道1.6T-200G/λ 高速硅光模块 光迅科技：光迅科技推出联合思科共同研发的1.6T OSFP-XD硅光模块。凭借思科在硅光子集成电路（PIC）方面的丰富经验，结合光迅作为全球高速光模块研发和制造先行者，双方强强联手，以推动云和人工智能（AI）应用的数据中心实现更高的传输速率，此外还携手字节跳动展示了800G高速光模块。此外，还展示了全光交换机（OCS）新技术、Ultra Mini相干用小型化器件以及800G LPO（线性可插拔光学）和CPO光源模块等拳头产品。
光迅科技和思科联合推出的1.6T OSFP-XD 硅光模块
值得一提的是，1.6T OSFP-XD DR8硅光模块是一个重要的技术里程碑，采用先进的CMOS技术实现高度集成、简化封装和大规模生产。该模块符合严格的OSFP-XD MSA和CMIS协议标准，电接口采用16个通道，单通道信号速率100Gb/s；光接口采用8通道，单通道信号速率200Gb/s，以优异的裕度和效率实现了距离500 m的数据传输。这种基于硅光的光收发模块因其超高的传输速率和可靠性，可在数据中心和云计算等领域实现高速互连。海信宽带（美国）：随着应用于AI的光模块需求正在迅速增长，海信宽带在研发和制造上给予了极大投入，成功的把基于VCSEL、EML和硅光技术的全系列400G/800G产品推向市场。展会期间，青岛海信宽带公司与字节跳动联合展示了800G OSFP SR8高速模块，在业界首次实现了单波100G高速光信号100 m多模光纤传输规格商业化落地，可覆盖数据中心网络（DCN）、高性能网络（HPN）等多种高速光通信应用场景。产品设计采用OSFP封装，100G PAM4 VCSEL和大光敏面100G PAM4 PD光芯片，内置MPD，支持激光器功率监测，结构设计选用Flat Top Heatsink ，大大增加了模块的散热面积，具有低功耗、高性能、强运维等优点。
海信宽带的800G OSFP封装高速光模块 图片来源：海信宽带旭创科技：推出了面向人工智能和数据中心应用的800G 和1.6Tbps硅光模块解决方案。其中1.6T-LPO-DR8 OSFP模块，采用自研硅光芯片和线性Driver/TIA，可实现低功耗和低延迟；硅光800G-ZR OSFP相干模块，搭载自研硅光芯片的相干引擎。同时还演示了与基于Re-timer方案的800G- DR4 OSFP模块的互联互通测试。这些产品广泛应用于当前及未来的超高速光互联数据中心和ML集群，助力加速计算能力与网络升级。目前，公司已推出了800G OSFP和QSFP-DD800硅光模块产品线，800G OSFP和QSFP-DD800的DR8和2xFR4硅光模块已经开始向客户送样测试。
旭创科技1.6T-LPO-DR8 OSFP224模块
新易盛：推出了1.6T、800G、LPO及50G PON等高速光模块解决方案，以及100GSFP112系列光模块方案。SFP112封装形式光模块将为100G数据连接提供最高的单端口密度，光信号和电信号均以106Gb/s的数据速率传输，极大提升了数据中心的传输效率和节能性。特别地是，SFP112光模块设计中不需要在光模块内实现KP4 FEC，而是由主机系统完成，有效降低了时延波动。100G SFP112产品组合涵盖DR、FR、LR和ER版本，分别满足IEEE 802.ck和100G Lambda MSA的规范要求，传输距离从500 m到40 km不等，以满足不同应用场景的需求。
新易盛1.6T OSFP-XD 高速光模块
赛勒科技：携手剑桥科技发布针对AI集群和数据中心的新一代产品——新型高性能800G硅光引擎（800G QSFP-DD DR8和800G OSFP DR8）。该引擎集成了高速硅光调制器芯片，光纤阵列，以及两个连续波(CW)激光器，每个激光器可支持四个通道。800G硅光调制器芯片在5.5 mmx5.5 mm的尺寸上集成了多个调制器、分光器、波导和耦合结构，可对以8个单通道为100Gb/s PAM4信号进行高速的光学调制。
图片来源：光纤在线
如今，硅光技术作为800G及以上速率光模块的主流技术，能很好地满足目前AI领域日益增长的高容量、低成本和低功耗的需求，正因为站在市场快速发展的风口，让基于硅光技术的光模块，传输速率从最初的百兆走向如今的1.6T，传输距离从从百米走向数万米的进程加速地如此之快。随着硅光技术的不断发展和完善，它将在未来的高速光通信领域将成为破局的关键。
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