隨著萬物互聯時代的到來，人工智能的不斷興起，各種AI模型如雨后春筍般層出不窮，頗有些亂花漸入迷人眼之意。應用背后的核心，是龐大的算力需求和高額的數據吞吐的支撐，但凡事皆有一體兩面，這同時也成為掣肘AI繼續發展的難題。特別是超級計算中心內部服務器間的高速互聯需求日益迫切，預示著數據傳輸速率將從千兆每秒（Gbps）向太比每秒（Tbps）跨越。硅光技術成為了“救命稻草”。硅光技術的發展始于20世紀80年代，Soref發現了晶體硅中的等離子色散效應，為硅光調制提供了理論基礎。之后大致經歷了四大階段：
- 初步探索階段：科學家開始嘗試在硅晶圓上制造光通道，利用超大規模集成電路工藝實現光電子器件的初步集成；
- 混合集成階段：通過不同材料的混合集成，將硅基材料與III-V族材料（如磷化銦、砷化鎵）結合，制作出具有高效能的光電器件。這一階段的典型代表包括Marvell公司發布的6.4T 3D硅光引擎，通過3D封裝技術實現了高性能的光引擎系統；
- 單片集成階段：隨著工藝技術的不斷進步，各類光子器件和電子器件逐步實現在同一硅晶圓上的單片集成，極大地提高了系統的集成度和性能。例如，英特爾推出的光計算互連OCI技術，具備4 Tbps的雙向帶寬，支持64個通道，實現了光信號的高效傳輸和處理；
- 未來展望階段：硅光技術有望通過光電一體技術融合，實現光電全集成融合，并通過器件的矩陣化表征和編程自定義，實現可編程芯片。這將為光計算、量子計算等領域提供更加靈活和高效的解決方案。
在光通信場景下，數據中心光通信是硅光的最大市場，隨著硅光技術的發展，500 m-80 km的光通信模塊將以硅光模塊為主，成為應用主流。在數據中心場景下，對寬帶的需求井噴使數據中心快速地從400G、800G過渡至1.6T，1.6T硅光模塊市場已開始布局，并預計將在2025年放量。隨著AI、5G及物聯網這樣的大數據和云計算時代的來臨，面對高速率、大容量的數據吞吐和算力需求，硅光將迎來新一輪的技術革新和市場春天。
圖片來源：中際旭創
今年開始，尤其是3月份的OFC 2024展會后，更多的光通信企業甚至下游企業宣布已經或者即將發布最新的基于硅光的光通信解決方案，預示著硅光技術已經開始大批量進入商業化，未來我們使用的6G，人工智能數據運算中心等，都將是硅光的天下。英特爾公司的硅光子產品主管Christian發博客稱，英特爾在OFC 2024上展示的先進光學計算互連（OCI）芯片組，該芯片與下一代英特爾CPU共同封裝，目標是爆炸性的AI擴展。使用銅線的傳統電學I/O（輸入輸出系統）可以提供高帶寬密度和低功耗，但只能在1 m左右的極短距離內實現。與電學I/O相比，光纖通信在長距離傳輸時的能耗更低，這對于構建能效高的數據中心和AI集群至關重要。但光學I/O的應用也面臨著諸多挑戰，如當前數據中心和早期人工智能集群中使用的可插拔光收發模塊的技術復雜性、成本、集成水平等無法滿足我們眼前人工智能工作負載的擴展需求。針對這一問題，作為硅光子芯片的市場領導者英特爾公司，開發了革命性的解決方案——光計算互連（OCI）芯片組。OCI芯片組是基于其內部硅基光電子技術的完全集成的光I/O解決方案。它包括：集成了激光器的硅基光電子芯片（PIC）、帶有射頻硅通孔（TSV）的電子集成電路、集成可拆卸/可重復使用光學連接器的路徑。OCI芯片組支持每個方向的64個32 Gbps數據通道，最遠可達100 m，利用8對光纖，每個光纖對承載8個密集波分復用 （DWDM） 波長。該聯合封裝解決方案的能效也非常高，與約15 pJ/bit的可插拔光收發器模塊相比，每比特僅消耗5皮焦耳（pJ），有助于解決對電力要求的可持續發展問題。這種前瞻性的設計確保了OCI芯片組能夠適應未來數據中心和AI集群對帶寬不斷增長的需求。硅光模塊是硅光芯片的下游，作為光模塊的全新升級，可進一步拓展應用。國內外多家光通信知名廠商牢牢把握技術風口，均早已將產業布局觸角延伸至硅光模塊領域，推出各式產品及解決方案。華工正源：正式推出1.6T-200G/λ高速硅光模塊方案，在現有400G和800G成功硅光產品研發基礎上，成功推出基于單波200G的1.6T各類模塊產品。在展會現場發布并動態實時展示兩款全新一代基于自研硅光的1.6T高端模塊產品：1.6T OSFP （200G DSP）DR8和1.6T OSFP DR8 LPO。新發布的這兩款1.6T光模塊，搭載自研單波200G硅光芯片；其中1.6T OSFP（DSP）模塊產品基于業界今年推出最先進的5 nm電口200Gbps PAM-4 DSP，設計兼容薄膜鈮酸鋰調制器和量子點激光器方案；而1.6T LPO光模塊則在業界率先實現了高性能的Tx TP2光眼圖和Rx TP4電眼圖。兩款模塊產品適用于1.6T以太網與無限帶寬系統的2x800G應用。
華工正源推出的單通道1.6T-200G/λ 高速硅光模塊 光迅科技：光迅科技推出聯合思科共同研發的1.6T OSFP-XD硅光模塊。憑借思科在硅光子集成電路（PIC）方面的豐富經驗，結合光迅作為全球高速光模塊研發和制造先行者，雙方強強聯手，以推動云和人工智能（AI）應用的數據中心實現更高的傳輸速率，此外還攜手字節跳動展示了800G高速光模塊。此外，還展示了全光交換機（OCS）新技術、Ultra Mini相干用小型化器件以及800G LPO（線性可插拔光學）和CPO光源模塊等拳頭產品。
光迅科技和思科聯合推出的1.6T OSFP-XD 硅光模塊
值得一提的是，1.6T OSFP-XD DR8硅光模塊是一個重要的技術里程碑，采用先進的CMOS技術實現高度集成、簡化封裝和大規模生產。該模塊符合嚴格的OSFP-XD MSA和CMIS協議標準，電接口采用16個通道，單通道信號速率100Gb/s；光接口采用8通道，單通道信號速率200Gb/s，以優異的裕度和效率實現了距離500 m的數據傳輸。這種基于硅光的光收發模塊因其超高的傳輸速率和可靠性，可在數據中心和云計算等領域實現高速互連。海信寬帶（美國）：隨著應用于AI的光模塊需求正在迅速增長，海信寬帶在研發和制造上給予了極大投入，成功的把基于VCSEL、EML和硅光技術的全系列400G/800G產品推向市場。展會期間，青島海信寬帶公司與字節跳動聯合展示了800G OSFP SR8高速模塊，在業界首次實現了單波100G高速光信號100 m多模光纖傳輸規格商業化落地，可覆蓋數據中心網絡（DCN）、高性能網絡（HPN）等多種高速光通信應用場景。產品設計采用OSFP封裝，100G PAM4 VCSEL和大光敏面100G PAM4 PD光芯片，內置MPD，支持激光器功率監測，結構設計選用Flat Top Heatsink ，大大增加了模塊的散熱面積，具有低功耗、高性能、強運維等優點。
海信寬帶的800G OSFP封裝高速光模塊 圖片來源：海信寬帶旭創科技：推出了面向人工智能和數據中心應用的800G 和1.6Tbps硅光模塊解決方案。其中1.6T-LPO-DR8 OSFP模塊，采用自研硅光芯片和線性Driver/TIA，可實現低功耗和低延遲；硅光800G-ZR OSFP相干模塊，搭載自研硅光芯片的相干引擎。同時還演示了與基于Re-timer方案的800G- DR4 OSFP模塊的互聯互通測試。這些產品廣泛應用于當前及未來的超高速光互聯數據中心和ML集群，助力加速計算能力與網絡升級。目前，公司已推出了800G OSFP和QSFP-DD800硅光模塊產品線，800G OSFP和QSFP-DD800的DR8和2xFR4硅光模塊已經開始向客戶送樣測試。
旭創科技1.6T-LPO-DR8 OSFP224模塊
新易盛：推出了1.6T、800G、LPO及50G PON等高速光模塊解決方案，以及100GSFP112系列光模塊方案。SFP112封裝形式光模塊將為100G數據連接提供最高的單端口密度，光信號和電信號均以106Gb/s的數據速率傳輸，極大提升了數據中心的傳輸效率和節能性。特別地是，SFP112光模塊設計中不需要在光模塊內實現KP4 FEC，而是由主機系統完成，有效降低了時延波動。100G SFP112產品組合涵蓋DR、FR、LR和ER版本，分別滿足IEEE 802.ck和100G Lambda MSA的規范要求，傳輸距離從500 m到40 km不等，以滿足不同應用場景的需求。
新易盛1.6T OSFP-XD 高速光模塊
賽勒科技：攜手劍橋科技發布針對AI集群和數據中心的新一代產品——新型高性能800G硅光引擎（800G QSFP-DD DR8和800G OSFP DR8）。該引擎集成了高速硅光調制器芯片，光纖陣列，以及兩個連續波(CW)激光器，每個激光器可支持四個通道。800G硅光調制器芯片在5.5 mmx5.5 mm的尺寸上集成了多個調制器、分光器、波導和耦合結構，可對以8個單通道為100Gb/s PAM4信號進行高速的光學調制。
圖片來源：光纖在線
如今，硅光技術作為800G及以上速率光模塊的主流技術，能很好地滿足目前AI領域日益增長的高容量、低成本和低功耗的需求，正因為站在市場快速發展的風口，讓基于硅光技術的光模塊，傳輸速率從最初的百兆走向如今的1.6T，傳輸距離從從百米走向數萬米的進程加速地如此之快。隨著硅光技術的不斷發展和完善，它將在未來的高速光通信領域將成為破局的關鍵。
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