數(shù)據(jù)中心光互連技術(shù)演進(jìn)備受關(guān)注：硅光集成已是行業(yè)共識(shí)

4月9日消息（水易）5G、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心正成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的控制節(jié)點(diǎn)和內(nèi)容載體，重要性愈發(fā)凸顯。而隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模發(fā)展，以及云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的持續(xù)升級(jí)演進(jìn)，對(duì)數(shù)據(jù)中心光互連技術(shù)提出了更高速率、更低功耗、更低成本等需求。

日前，在中國(guó)國(guó)際光電博覽會(huì)（CIOE）與C114通信網(wǎng)聯(lián)合主辦“2021光通信高質(zhì)量論壇”系列活動(dòng)第二場(chǎng)線上會(huì)議“硅光集成與數(shù)據(jù)中心應(yīng)用線上研討會(huì)”上，中國(guó)信息通信研究院云計(jì)算與大數(shù)據(jù)研究所所長(zhǎng)何寶宏指出，近年來(lái)，數(shù)據(jù)中心的流量越來(lái)越大，復(fù)雜性也越來(lái)越高，已經(jīng)成為整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)流量和業(yè)務(wù)的制高點(diǎn)，必然會(huì)引發(fā)技術(shù)層面的創(chuàng)新變革。如今，面向數(shù)據(jù)中心的技術(shù)優(yōu)化和創(chuàng)新成了新的熱潮。

硅光正是面向數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景下的創(chuàng)新方向之一，以其材料特性以及CMOS工藝的先天優(yōu)勢(shì)，能夠很好的滿足數(shù)據(jù)中心對(duì)高速率、低成本、低功耗等需求。思科、華為、Juniper、諾基亞等行業(yè)巨頭紛紛通過(guò)收購(gòu)“加碼”硅光技術(shù)。光通信行業(yè)知名市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)LightCounting同樣指出，硅光技術(shù)將從根本上改變光器件和模塊行業(yè)。

用戶視角下，需要怎樣的硅光方案？

任何行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都是由于人們需求的一種結(jié)果，因而硅光技術(shù)的最終落地以及應(yīng)用前景，取決于最終的用戶，也就是云計(jì)算廠商，尤其是頭部的企業(yè)。畢竟，為了滿足業(yè)務(wù)高速增長(zhǎng)帶來(lái)的帶寬需求，他們需要引入新方案，另一方面也是為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化的性能和成本。

作為大型互聯(lián)網(wǎng)公司，騰訊擁有QQ、微信、騰訊視頻、騰訊游戲等超級(jí)應(yīng)用，對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用有著極高的需求，很早就開始布局?jǐn)?shù)據(jù)中心，且硬件投入逐年加大。近年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化的性能和成本，騰訊開始涉足白盒交換機(jī)，并開始與廠商合作自研硅光模塊等產(chǎn)品。

騰訊光系統(tǒng)架構(gòu)師胡勝磊指出，硅光正在光模塊領(lǐng)域逐步提升影響力，未來(lái)速率越高，硅光的優(yōu)勢(shì)越大，在400G DR4硅光模塊中，騰訊開發(fā)了兩種方案，都已有光模塊樣品。不過(guò)，硅光想要得到規(guī)模商用，仍需要提升效率，提升集成度、縮小尺寸，降低功耗和成本，采用先進(jìn)的封裝，等待硅光技術(shù)逐步成熟。“硅光是貫穿短中長(zhǎng)線的技術(shù)，未來(lái)硅光終將成為行業(yè)主導(dǎo)。”

京東科技云事業(yè)部光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師陳琤指出，隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的規(guī)?；l(fā)展，要求underlay的網(wǎng)絡(luò)做到高吞吐量、易擴(kuò)展以及開放化。具體到光模塊技術(shù)方案的發(fā)展方向，將朝著高速率、低功耗、高密度、低成本、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。而硅基光子技術(shù)，因其硅材料的特性以及CMOS工藝的先天優(yōu)勢(shì)，能夠很好的滿足上述五大發(fā)展方向，也就使得硅光成為最有前景的一種光互連技術(shù)方案。

陳琤認(rèn)為，從用戶的角度來(lái)看，可插拔光模塊作為標(biāo)準(zhǔn)化程度很高的產(chǎn)品形態(tài)，用戶關(guān)心的是可靠性和成本。400G及400G以下速率的光模塊，傳統(tǒng)的III-V族解決方案，憑借多年的技術(shù)沉淀，成熟的生態(tài)鏈，仍保持競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于硅光方案而言，其優(yōu)勢(shì)主要集中在集成度和相對(duì)廉價(jià)的CMOS工藝，尤其是在有高密度集成需求的應(yīng)用場(chǎng)景，例如QSFP-DD ZR、Co-Packaged等，硅光將會(huì)有更廣闊的市場(chǎng)空間，不過(guò)仍要依賴產(chǎn)業(yè)界的進(jìn)一步優(yōu)化和整合。

中國(guó)移動(dòng)研究院項(xiàng)目經(jīng)理王瑞雪表示，5G運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)形成端-邊-網(wǎng)-云的端到端協(xié)同新架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量與光模塊息息相關(guān)。不過(guò)，當(dāng)前光模塊在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)部署中遇到兩個(gè)比較大的挑戰(zhàn)：一是光模塊應(yīng)用領(lǐng)域多、機(jī)房環(huán)境挑戰(zhàn)大，對(duì)光模塊環(huán)境適配要求高，故障影響范圍也比較大，并且速率越高影響范圍越大；二是光模塊采購(gòu)成本比較高，運(yùn)營(yíng)功耗也比較高，從而導(dǎo)致后期網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本居高不下。

王瑞雪指出，硅光技術(shù)恰恰集合了低成本、低功耗、高速和高集成度的優(yōu)勢(shì)，極具發(fā)展空間。硅光模塊將光/電芯片全面集成在硅光芯片上，實(shí)現(xiàn)像制造芯片一樣制造光模塊，從而有效降低材料成本、芯片成本、封裝成本。

產(chǎn)業(yè)鏈齊登場(chǎng)，硅光解決方案已就緒

經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，硅基光子技術(shù)已經(jīng)形成了較為完備的產(chǎn)業(yè)鏈，從設(shè)計(jì)流片到封裝測(cè)試到系統(tǒng)集成，眾多公司都在參與這一市場(chǎng)。截止目前，已經(jīng)有大規(guī)模部署的產(chǎn)品類型，包括100G PSM4和CWDM4以及相干光產(chǎn)品。

海思光電首席技術(shù)規(guī)劃師周立兵指出，按照光電領(lǐng)域的“光摩爾定律”，光模塊每4年左右演進(jìn)一代，比特成本下降一半、功耗下降一半，因而誕生于2016年的100GE光互連技術(shù)處在向前演進(jìn)的十字路口，400GE成為下一代光互連的首選方案。

目前，數(shù)據(jù)中心400G光互連方案包括傳統(tǒng)的III-V族方案和硅光方案。周立兵表示，硅光方案在400G的機(jī)會(huì)在于解決出光功率&功耗的挑戰(zhàn)，通過(guò)集成減少封裝部件、降低封裝成本，并發(fā)揮硅光芯片量產(chǎn)的先天優(yōu)勢(shì)方可實(shí)現(xiàn)商業(yè)成功。另外，隨著光互連密度和帶寬進(jìn)一步演進(jìn)，硅光將優(yōu)勢(shì)明顯，特別是在合封、相干下沉等數(shù)據(jù)中心新應(yīng)用場(chǎng)景。

上海諾基亞貝爾光網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)副總裁張寒崢介紹，諾基亞貝爾正持續(xù)推動(dòng)硅光創(chuàng)新，能夠提供光子設(shè)計(jì)工具集，快速定制硅光子設(shè)計(jì)；射頻集成電路(RFIC)共同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)，匹配硅光引擎；先進(jìn)的封裝，提供多芯片模塊，倒裝芯片BGA；生產(chǎn)制造創(chuàng)新，提供晶圓級(jí)組裝和測(cè)試。

成都新易盛通信技術(shù)股份有限公司業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)張金雙表示，隨著數(shù)據(jù)中心流量的持續(xù)快速增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心對(duì)光模塊的關(guān)鍵訴求無(wú)非是高速率、高密度、低成本和低功耗，硅光集成技術(shù)成為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的可靠方案。目前新易盛已經(jīng)推出400G QSFP-DD硅光模塊，兼具性能、成本、供應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，下一步新易盛將通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化工藝提升封裝耦合效率。

康寧光通信中國(guó)應(yīng)用工程和市場(chǎng)發(fā)展總監(jiān)房毅指出，隨著數(shù)據(jù)中心交換能力每?jī)赡攴叮刹灏喂饽K正向聯(lián)合封裝光學(xué)(CPO)演進(jìn)。而CPO需要日益增長(zhǎng)的密集光學(xué)連接，這一過(guò)程中需要對(duì)光纖-芯片耦合、特殊光纖、光纖管理、面板光連接系統(tǒng)等跨越光連接解決方案的所有部件進(jìn)行創(chuàng)新。目前康寧能夠提供第一代CPO連接的所有原件，同時(shí)提出進(jìn)一步優(yōu)化的玻璃基板解決方案的愿景。

聯(lián)合微電子中心有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱CUMEC)硅基光電子中心總監(jiān)馮俊波介紹，硅基光電子技術(shù)由于其和微電子兼容的生態(tài)體系，可以緊密與微電子結(jié)合，這也是硅基光電子技術(shù)強(qiáng)大生命力的來(lái)源。在硅基光電子技術(shù)發(fā)展的初期，小的市場(chǎng)份額（與微電子相比）很難與CMOS工藝相匹配，突出的表現(xiàn)就是很難找到合適的硅基光電子芯片研發(fā)和生產(chǎn)平臺(tái)。CUMEC的硅基光子開放平臺(tái)，能夠提供從芯片設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造到封裝測(cè)試的全流程能力。

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