以ChatGPT為代表的生成式AI火爆全球，疊加5G、云計算、大數據等新型業務和應用的涌現，驅動流量爆發式增長，光芯片器件(jian)、模塊需(xu)要新(xin)一輪的技術革新(xin)。與此同(tong)時，我國核心光(guang)電(dian)芯片(pian)自給率相對不(bu)足(zu)，需(xu)要產業界上下游協同(tong)，推進技術的演進升級。
5月11日(ri)，由(you)CIOE中國光(guang)博會(hui)(hui)與C114通信網聯(lian)合(he)推出(chu)的(de)大型(xing)研討會(hui)(hui)系列活動——“2023中國光(guang)通信高(gao)質(zhi)量發展論壇”第五期“光(guang)芯片(pian)與高(gao)端(duan)器件技(ji)術(shu)研討會(hui)(hui)”正(zheng)式(shi)召開，產業界各方(fang)圍(wei)繞光(guang)芯片(pian)與高(gao)端(duan)器件的(de)技(ji)術(shu)發展趨勢，探討產業如何攻克技(ji)術(shu)難關實(shi)現(xian)技(ji)術(shu)突破。
技術趨勢：高速率、集成化、大容量成為核心訴求
光通信是發(fa)展5G、數據中心、算力網絡(luo)的基礎(chu)設施和前提，在拉動有(you)效(xiao)投(tou)資、促(cu)進信息消(xiao)費、賦能千行百業等(deng)方面具有(you)重要作用。中國信息通信研究(jiu)院主任工程(cheng)師吳冰冰表示，光通信是堅實底座，而光電子芯片器件及模塊是光通信的核(he)心構成部分，重要性日益提升(sheng)。
吳冰冰指(zhi)出，也是在5G、數據(ju)中心(xin)、算(suan)力網絡等(deng)新(xin)型業務及(ji)應用驅動(dong)(dong)下，數據(ju)流量(liang)爆炸式(shi)增長，掀起光電子芯片(pian)器件及(ji)模(mo)塊(kuai)行業新(xin)浪潮，高速率、集成(cheng)化(hua)、大容(rong)量(liang)成(cheng)為(wei)核心(xin)訴(su)求;展望(wang)未來，三維集成(cheng)、異質集成(cheng)等(deng)新(xin)工藝持續演進，業界廣泛探索CPO、線性驅動(dong)(dong)等(deng)降低(di)能耗(hao)的新(xin)方案，空天地海一(yi)體(ti)化(hua)、通感一(yi)體(ti)化(hua)新(xin)應用也對芯片(pian)器件提出新(xin)型要求。
北京郵電大(da)學研究員張磊認為，不同的(de)(de)應用場景(溫(wen)度范圍、速(su)率、傳輸距(ju)離)，需要(yao)(yao)不同的(de)(de)光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊解決方案。硅(gui)光(guang)(guang)、鈮酸鋰、化合物半導體需要(yao)(yao)找到(dao)合適的(de)(de)場景。“SiP光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊帶寬與損耗受限，需要(yao)(yao)更多的(de)(de)電芯(xin)片(pian)輔助(zhu)(預(yu)加(jia)重、預(yu)失(shi)真、數字信號處理)。LNOI光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊有(you)自主可控的(de)(de)基底材(cai)料(liao)，目(mu)前沒有(you)規模(mo)(mo)(mo)化的(de)(de)代工廠，可靠性(xing)與良率待驗證。而III-V方案目(mu)前仍然是(shi)光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊主力(li)方案，在800G、Tbps及CPO后，可能(neng)需要(yao)(yao)與SiP配合。”
中(zhong)國聯通研究(jiu)院專家 教授級高級工程(cheng)師沈世奎博士建(jian)議，針(zhen)對城(cheng)域應(ying)用，尤其是邊(bian)緣接入層，建(jian)議光(guang)模塊廠商和(he)設(she)備廠商，聚焦DSP和(he)光(guang)學部分(fen)的(de)優化(hua)，開發和(he)提供低成本的(de)相干(gan)100G光(guang)模塊及設(she)備，持續推(tui)動DWDM技術不斷下沉，從長距(ju)離骨(gu)干(gan)網，到(dao)(dao)城(cheng)域網核心，再到(dao)(dao)城(cheng)域邊(bian)緣接入層，這是一脈相承的(de)技術體系。
與此同時，業界需要(yao)進一(yi)步探討和推(tui)進低(di)成本100G城(cheng)域(yu)相(xiang)干(gan)技術，加強對于核(he)心芯片和器件的攻關(guan)，尤其是DSP芯片等，推(tui)動城(cheng)域(yu)邊緣(yuan)接入網絡(luo)逐(zhu)步從(cong)(cong)10G向(xiang)100G升級演(yan)進，將(jiang)相(xiang)干(gan)100G技術從(cong)(cong)骨干(gan)網一(yi)直(zhi)延伸(shen)至城(cheng)域(yu)網絡(luo)邊緣(yuan)，從(cong)(cong)而打造更具競爭力(li)的全光底座。
產業準備：技術水平已經達到與國外齊頭并進水平
客(ke)觀來說(shuo)，我(wo)(wo)國(guo)(guo)在(zai)核(he)心芯片(pian)和(he)器件方(fang)(fang)面一直處(chu)于(yu)追趕之(zhi)勢(shi)，張磊(lei)介紹(shao)，來到(dao)2023年之(zhi)后，我(wo)(wo)國(guo)(guo)在(zai)25G、50G光(guang)模塊的量產方(fang)(fang)面已經達(da)到(dao)與國(guo)(guo)外齊頭并進的水(shui)平。在(zai)100G單(dan)波和(he)400G、800G方(fang)(fang)面我(wo)(wo)國(guo)(guo)也已有(you)研發力量的投入，與國(guo)(guo)外差距不大。在(zai)核(he)心光(guang)電子芯片(pian)方(fang)(fang)面，不管(guan)是傳統的化合物半導(dao)體(ti)還是新型的硅光(guang)，我(wo)(wo)國(guo)(guo)與國(guo)(guo)際上都沒有(you)明顯的差別(bie)。
海思(si)光電子有限(xian)公司資深(shen)產品規劃經(jing)理莊四祥表示，數據(ju)中心多(duo)路光互聯場景(jing)高(gao)速(su)發展，硅(gui)(gui)光迎(ying)來新(xin)的發展機遇。硅(gui)(gui)光技(ji)(ji)術(shu)通過多(duo)材料體系的集(ji)成來實(shi)現各(ge)個功能部件的最優，做到(dao)超高(gao)帶寬、超高(gao)響(xiang)應度和超低插損，以(yi)及在合(he)封(feng)方面提(ti)供與電連接(jie)的金屬化技(ji)(ji)術(shu)，實(shi)現高(gao)速(su)光傳輸。并行多(duo)路場景(jing)和高(gao)速(su)高(gao)密新(xin)架構將是硅(gui)(gui)光技(ji)(ji)術(shu)的用武(wu)之地。
上海(hai)新(xin)微半(ban)導體有(you)限公司副總經理(li)方(fang)瑞禹介紹，目前國內光電芯(xin)片廠商(shang)大多以IDM的運營模式(shi)為(wei)主，而新(xin)微半(ban)導體專(zhuan)注于代工(gong)模式(shi)，目標是為(wei)客戶提(ti)供規模化、低成本(ben)和(he)高質量的光電芯(xin)片代工(gong)服務(wu)。為(wei)給客戶提(ti)供更優質的產(chan)品(pin)和(he)服務(wu)，新(xin)微半(ban)導體在晶圓良率、成本(ben)控制、質量保障(zhang)和(he)保密措(cuo)施(shi)等四個關(guan)鍵(jian)方(fang)面下足功夫。
Source Photonics，Chief Engineer and CTO Frank Chang表示，網(wang)絡流量(liang)的快速增長仍然是推動可插拔光(guang)模塊市場增長的關鍵因素(su)，目前線(xian)性可插拔光(guang)模塊(LPO)是熱(re)門。LPO承諾具有與直接驅(qu)動CPO相(xiang)同(tong)的功率效率，同(tong)時LPO可節省50%的I/O功率。另外，使用(yong)現在的SerDes和ASIC在100G/lane下證(zheng)明可行，需(xu)要(yao)關注互操(cao)作性，標準化等(deng)問(wen)題。此外，可以擴展至(zhi)200G/lane。
深圳市深光(guang)谷科技(ji)(ji)有(you)限(xian)公司(si)技(ji)(ji)術總監CTO雷霆介紹(shao)，深光(guang)谷致力于(yu)新型(xing)光(guang)子芯片和器(qi)件的設計、制造、封裝、測試和系統應用(yong)，主要布局高(gao)密度光(guang)傳輸(shu)(空分復(fu)用(yong)光(guang)通(tong)信(SDM))和高(gao)密度光(guang)收(shou)發(共封裝(CPO)光(guang)電集(ji)成(cheng)互連(lian))兩大技(ji)(ji)術領(ling)域。同時在共封裝光(guang)電集(ji)成(cheng)互連(lian)技(ji)(ji)術方(fang)面(mian)也取得突破性進展，已(yi)開發出(chu)用(yong)于(yu)CPO的高(gao)密度空分光(guang)連(lian)接器(qi)和測試評估(gu)板等。
聯合(he)微(wei)電子中心有限(xian)責(ze)任公(gong)司(si)工(gong)程師肖(xiao)志雄，CUMEC致力于(yu)走“超越(yue)摩爾+光電融合(he)”技(ji)術路(lu)線，以硅基光電子、異質異構三(san)維(wei)集(ji)成(cheng)、CIS、智能傳(chuan)感等(deng)工(gong)藝技(ji)術和產品技(ji)術為核心，為客戶(hu)提供一體(ti)化的解決方案，實現設計、制造(zao)、封(feng)裝全(quan)鏈(lian)條的完整支撐(cheng)。
市場情況：重點關注下一代光子集成電路發展趨勢
LightCounting創(chuang)始人(ren)Dr. Vladimir Kozlov從市場需求的角度介(jie)紹了硅光的市場情況，同時對下一(yi)代光子集成電路的新趨勢(shi)進行深(shen)入探討與分析。
過去兩年，也就是2021年-2022年，200G和400G以太網光模塊(kuai)市場的(de)增長速度高于預(yu)期。同(tong)時(shi)，在供(gong)應商之間的(de)激烈(lie)競爭和光電集成新技術的(de)影響下(xia)，相(xiang)關(guan)產品價格的(de)下(xia)降速度也超過了業界預(yu)期。
Vladimir Kozlov認為，硅(gui)(gui)光(guang)技(ji)術無疑是(shi)影響該行業的一個因素，除(chu)了英特爾和Acacia兩大主(zhu)流廠商，越(yue)來越(yue)多的光(guang)模(mo)塊(kuai)供應(ying)商開始推出硅(gui)(gui)光(guang)模(mo)塊(kuai)。去(qu)年LightCounting預(yu)計硅(gui)(gui)光(guang)的市場規模(mo)將持續增長，到2027年硅(gui)(gui)光(guang)的市場規模(mo)將超過50%。
可以看到，在過去的十(shi)年里，硅光(guang)(guang)電公司重(zhong)新激活了(le)光(guang)(guang)子集成電路(PIC)的發展，并(bing)為光(guang)(guang)通信(xin)市場帶來(lai)了(le)許多新產品。Vladimir Kozlov指(zhi)出，“我們可以說，硅光(guang)(guang)已(yi)經進入了(le)該行業的主流。”
硅(gui)光(guang)有(you)(you)許多(duo)(duo)優點，在十年前(qian)就已為人所知(zhi)，包括PIC代(dai)工業(ye)務模式、光(guang)電(dian)集成(cheng)以(yi)及晶圓(yuan)規模組裝及制造等。但還有(you)(you)很多(duo)(duo)的工作要做，目前(qian)大多(duo)(duo)數(shu)光(guang)模塊(kuai)供應商仍然依賴傳(chuan)統的組裝技術，博(bo)通提倡將激光(guang)器、光(guang)電(dian)設備(bei)、信號處理器等都集成(cheng)在一塊(kuai)板(ban)上(shang)，也就是全集成(cheng)設計。
這就需要(yao)一(yi)系列新技術來實現(xian)。Vladimir Kozlov表示，絕緣體(ti)(ti)上硅(SOI)晶圓為集(ji)成廣泛的其他光(guang)學材(cai)料(liao)(liao)提供(gong)了平臺，包括非(fei)線性(xing)光(guang)學晶體(ti)(ti)如鈮酸(suan)鋰，半導體(ti)(ti)芯片(pian)如磷化銦和(he)聚合物。這些新材(cai)料(liao)(liao)對于持續改進PIC性(xing)能(neng)和(he)使新產品進入更(geng)廣闊的市場至關重(zhong)要(yao)。
Vladimir Kozlov介紹，集(ji)成(cheng)光(guang)學(xue)器件的(de)(de)(de)功能(neng)通常(chang)受到光(guang)損(sun)(sun)耗或調制器、波導(dao)以及(ji)耦合光(guang)進(jin)出PIC的(de)(de)(de)功率損(sun)(sun)失(shi)的(de)(de)(de)限制。使用更(geng)透明的(de)(de)(de)材料，提高耦合效率和(he)薄膜光(guang)學(xue)放(fang)大器的(de)(de)(de)集(ji)成(cheng)應該會(hui)取得進(jin)一步(bu)的(de)(de)(de)進(jin)展(zhan)。低噪聲(sheng)量(liang)子點半導(dao)體放(fang)大器和(he)薄膜EDFA的(de)(de)(de)集(ji)成(cheng)可(ke)能(neng)會(hui)加速這一領域(yu)的(de)(de)(de)進(jin)展(zhan)。
Vladimir Kozlov指出，一旦可(ke)用，低損耗和更復(fu)雜的PIC將(jiang)在(zai)光(guang)開(kai)關和處理器、陀螺(luo)儀和其他傳感器以及(ji)量子通信系統(tong)和計(ji)算機中得(de)到應用。
