數據中心光互連技術演進備受關注：硅光集成已是行業(yè)共識

4月9日消息（水易）5G、云計算和大數據的快速發(fā)展和廣泛應用，數據中心正成為未來網絡的控制節(jié)點和內容載體，重要性愈發(fā)凸顯。而隨著數據中心網絡的規(guī)模發(fā)展，以及云計算數據中心網絡拓撲結構的持續(xù)升級演進，對數據中心光互連技術提出了更高速率、更低功耗、更低成本等需求。

日前，在中國國際光電博覽會（CIOE）與C114通信網聯合主辦“2021光通信高質量論壇”系列活動第二場線上會議“硅光集成與數據中心應用線上研討會”上，中國信息通信研究院云計算與大數據研究所所長何寶宏指出，近年來，數據中心的流量越來越大，復雜性也越來越高，已經成為整個互聯網流量和業(yè)務的制高點，必然會引發(fā)技術層面的創(chuàng)新變革。如今，面向數據中心的技術優(yōu)化和創(chuàng)新成了新的熱潮。

硅光正是面向數據中心場景下的創(chuàng)新方向之一，以其材料特性以及CMOS工藝的先天優(yōu)勢，能夠很好的滿足數據中心對高速率、低成本、低功耗等需求。思科、華為、Juniper、諾基亞等行業(yè)巨頭紛紛通過收購“加碼”硅光技術。光通信行業(yè)知名市場研究機構LightCounting同樣指出，硅光技術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)和產業(yè)的發(fā)展都是由于人們需求的一種結果，因而硅光技術的最終落地以及應用前景，取決于最終的用戶，也就是云計算廠商，尤其是頭部的企業(yè)。畢竟，為了滿足業(yè)務高速增長帶來的帶寬需求，他們需要引入新方案，另一方面也是為了進一步實現數據中心網絡最優(yōu)化的性能和成本。

作為大型互聯網公司，騰訊擁有QQ、微信、騰訊視頻、騰訊游戲等超級應用，對數據應用有著極高的需求，很早就開始布局數據中心，且硬件投入逐年加大。近年來，為了實現數據中心網絡最優(yōu)化的性能和成本，騰訊開始涉足白盒交換機，并開始與廠商合作自研硅光模塊等產品。

騰訊光系統架構師胡勝磊指出，硅光正在光模塊領域逐步提升影響力，未來速率越高，硅光的優(yōu)勢越大，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，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，采用先進的封裝，等待硅光技術逐步成熟。“硅光是貫穿短中長線的技術，未來硅光終將成為行業(yè)主導。”

京東科技云事業(yè)部光網絡架構師陳琤指出，隨著數據中心網絡的規(guī)模化發(fā)展，要求underlay的網絡做到高吞吐量、易擴展以及開放化。具體到光模塊技術方案的發(fā)展方向，將朝著高速率、低功耗、高密度、低成本、標準化方向發(fā)展。而硅基光子技術，因其硅材料的特性以及CMOS工藝的先天優(yōu)勢，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方案。

陳琤認為，從用戶的角度來看，可插拔光模塊作為標準化程度很高的產品形態(tài)，用戶關心的是可靠性和成本。400G及400G以下速率的光模塊，傳統的III-V族解決方案，憑借多年的技術沉淀，成熟的生態(tài)鏈，仍保持競爭力。對于硅光方案而言，其優(yōu)勢主要集中在集成度和相對廉價的CMOS工藝，尤其是在有高密度集成需求的應用場景，例如QSFP-DD ZR、Co-Packaged等，硅光將會有更廣闊的市場空間，不過仍要依賴產業(yè)界的進一步優(yōu)化和整合。

中國移動研究院項目經理王瑞雪表示，5G運營商網絡形成端-邊-網-云的端到端協同新架構，網絡質量與光模塊息息相關。不過，當前光模塊在運營商網絡部署中遇到兩個比較大的挑戰(zhàn)：一是光模塊應用領域多、機房環(huán)境挑戰(zhàn)大，對光模塊環(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；二是光模塊采購成本比較高，運營功耗也比較高，從而導致后期網絡運維成本居高不下。

王瑞雪指出，硅光技術恰恰集合了低成本、低功耗、高速和高集成度的優(yōu)勢，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，實現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。

產業(yè)鏈齊登場，硅光解決方案已就緒

經過十余年的發(fā)展，硅基光子技術已經形成了較為完備的產業(yè)鏈，從設計流片到封裝測試到系統集成，眾多公司都在參與這一市場。截止目前，已經有大規(guī)模部署的產品類型，包括100G PSM4和CWDM4以及相干光產品。

海思光電首席技術規(guī)劃師周立兵指出，按照光電領域的“光摩爾定律”，光模塊每4年左右演進一代，比特成本下降一半、功耗下降一半，因而誕生于2016年的100GE光互連技術處在向前演進的十字路口，400GE成為下一代光互連的首選方案。

目前，數據中心400G光互連方案包括傳統的III-V族方案和硅光方案。周立兵表示，硅光方案在400G的機會在于解決出光功率&功耗的挑戰(zhàn)，通過集成減少封裝部件、降低封裝成本，并發(fā)揮硅光芯片量產的先天優(yōu)勢方可實現商業(yè)成功。另外，隨著光互連密度和帶寬進一步演進，硅光將優(yōu)勢明顯，特別是在合封、相干下沉等數據中心新應用場景。

上海諾基亞貝爾光網絡業(yè)務副總裁張寒崢介紹，諾基亞貝爾正持續(xù)推動硅光創(chuàng)新，能夠提供光子設計工具集，快速定制硅光子設計；射頻集成電路(RFIC)共同設計，實現自主設計，匹配硅光引擎；先進的封裝，提供多芯片模塊，倒裝芯片BGA；生產制造創(chuàng)新，提供晶圓級組裝和測試。

成都新易盛通信技術股份有限公司業(yè)務拓展總監(jiān)張金雙表示，隨著數據中心流量的持續(xù)快速增長，數據中心對光模塊的關鍵訴求無非是高速率、高密度、低成本和低功耗，硅光集成技術成為應對這些挑戰(zhàn)的可靠方案。目前新易盛已經推出400G QSFP-DD硅光模塊，兼具性能、成本、供應的優(yōu)勢，下一步新易盛將通過優(yōu)化設計、優(yōu)化工藝提升封裝耦合效率。

康寧光通信中國應用工程和市場發(fā)展總監(jiān)房毅指出，隨著數據中心交換能力每兩年翻倍，可插拔光模塊正向聯合封裝光學(CPO)演進。而CPO需要日益增長的密集光學連接，這一過程中需要對光纖-芯片耦合、特殊光纖、光纖管理、面板光連接系統等跨越光連接解決方案的所有部件進行創(chuàng)新。目前康寧能夠提供第一代CPO連接的所有原件，同時提出進一步優(yōu)化的玻璃基板解決方案的愿景。

聯合微電子中心有限責任公司(簡稱CUMEC)硅基光電子中心總監(jiān)馮俊波介紹，硅基光電子技術由于其和微電子兼容的生態(tài)體系，可以緊密與微電子結合，這也是硅基光電子技術強大生命力的來源。在硅基光電子技術發(fā)展的初期，小的市場份額（與微電子相比）很難與CMOS工藝相匹配，突出的表現就是很難找到合適的硅基光電子芯片研發(fā)和生產平臺。CUMEC的硅基光子開放平臺，能夠提供從芯片設計到生產制造到封裝測試的全流程能力。

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