数据中心光互连技术演进备受关注：硅光集成已是行业共识

4月9日消息（水易）5G、云计算和大数据的快速发展和广泛应用，数据中心正成为未来网络的控制节点和内容载体，重要性愈发凸显。而随着数据中心网络的规模发展，以及云计算数据中心网络拓扑结构的持续升级演进，对数据中心光互连技术提出了更高速率、更低功耗、更低成本等需求。

日前，在中国国际光电博览会（CIOE）与C114通信网联合主办“2021光通信高质量论坛”系列活动第二场线上会议“硅光集成与数据中心应用线上研讨会”上，中国信息通信研究院云计算与大数据研究所所长何宝宏指出，近年来，数据中心的流量越来越大，复杂性也越来越高，已经成为整个互联网流量和业务的制高点，必然会引发技术层面的创新变革。如今，面向数据中心的技术优化和创新成了新的热潮。

硅光正是面向数据中心场景下的创新方向之一，以其材料特性以及CMOS工艺的先天优势，能够很好的满足数据中心对高速率、低成本、低功耗等需求。思科、华为、Juniper、诺基亚等行业巨头纷纷通过收购“加码”硅光技术。光通信行业知名市场研究机构LightCounting同样指出，硅光技术将从根本上改变光器件和模块行业。

用户视角下，需要怎样的硅光方案？

任何行业和产业的发展都是由于人们需求的一种结果，因而硅光技术的最终落地以及应用前景，取决于最终的用户，也就是云计算厂商，尤其是头部的企业。毕竟，为了满足业务高速增长带来的带宽需求，他们需要引入新方案，另一方面也是为了进一步实现数据中心网络最优化的性能和成本。

作为大型互联网公司，腾讯拥有QQ、微信、腾讯视频、腾讯游戏等超级应用，对数据应用有着极高的需求，很早就开始布局数据中心，且硬件投入逐年加大。近年来，为了实现数据中心网络最优化的性能和成本，腾讯开始涉足白盒交换机，并开始与厂商合作自研硅光模块等产品。

腾讯光系统架构师胡胜磊指出，硅光正在光模块领域逐步提升影响力，未来速率越高，硅光的优势越大，在400G DR4硅光模块中，腾讯开发了两种方案，都已有光模块样品。不过，硅光想要得到规模商用，仍需要提升效率，提升集成度、缩小尺寸，降低功耗和成本，采用先进的封装，等待硅光技术逐步成熟。“硅光是贯穿短中长线的技术，未来硅光终将成为行业主导。”

京东科技云事业部光网络架构师陈琤指出，随着数据中心网络的规模化发展，要求underlay的网络做到高吞吐量、易扩展以及开放化。具体到光模块技术方案的发展方向，将朝着高速率、低功耗、高密度、低成本、标准化方向发展。而硅基光子技术，因其硅材料的特性以及CMOS工艺的先天优势，能够很好的满足上述五大发展方向，也就使得硅光成为最有前景的一种光互连技术方案。

陈琤认为，从用户的角度来看，可插拔光模块作为标准化程度很高的产品形态，用户关心的是可靠性和成本。400G及400G以下速率的光模块，传统的III-V族解决方案，凭借多年的技术沉淀，成熟的生态链，仍保持竞争力。对于硅光方案而言，其优势主要集中在集成度和相对廉价的CMOS工艺，尤其是在有高密度集成需求的应用场景，例如QSFP-DD ZR、Co-Packaged等，硅光将会有更广阔的市场空间，不过仍要依赖产业界的进一步优化和整合。

中国移动研究院项目经理王瑞雪表示，5G运营商网络形成端-边-网-云的端到端协同新架构，网络质量与光模块息息相关。不过，当前光模块在运营商网络部署中遇到两个比较大的挑战：一是光模块应用领域多、机房环境挑战大，对光模块环境适配要求高，故障影响范围也比较大，并且速率越高影响范围越大；二是光模块采购成本比较高，运营功耗也比较高，从而导致后期网络运维成本居高不下。

王瑞雪指出，硅光技术恰恰集合了低成本、低功耗、高速和高集成度的优势，极具发展空间。硅光模块将光/电芯片全面集成在硅光芯片上，实现像制造芯片一样制造光模块，从而有效降低材料成本、芯片成本、封装成本。

产业链齐登场，硅光解决方案已就绪

经过十余年的发展，硅基光子技术已经形成了较为完备的产业链，从设计流片到封装测试到系统集成，众多公司都在参与这一市场。截止目前，已经有大规模部署的产品类型，包括100G PSM4和CWDM4以及相干光产品。

海思光电首席技术规划师周立兵指出，按照光电领域的“光摩尔定律”，光模块每4年左右演进一代，比特成本下降一半、功耗下降一半，因而诞生于2016年的100GE光互连技术处在向前演进的十字路口，400GE成为下一代光互连的首选方案。

目前，数据中心400G光互连方案包括传统的III-V族方案和硅光方案。周立兵表示，硅光方案在400G的机会在于解决出光功率&功耗的挑战，通过集成减少封装部件、降低封装成本，并发挥硅光芯片量产的先天优势方可实现商业成功。另外，随着光互连密度和带宽进一步演进，硅光将优势明显，特别是在合封、相干下沉等数据中心新应用场景。

上海诺基亚贝尔光网络业务副总裁张寒峥介绍，诺基亚贝尔正持续推动硅光创新，能够提供光子设计工具集，快速定制硅光子设计；射频集成电路(RFIC)共同设计，实现自主设计，匹配硅光引擎；先进的封装，提供多芯片模块，倒装芯片BGA；生产制造创新，提供晶圆级组装和测试。

成都新易盛通信技术股份有限公司业务拓展总监张金双表示，随着数据中心流量的持续快速增长，数据中心对光模块的关键诉求无非是高速率、高密度、低成本和低功耗，硅光集成技术成为应对这些挑战的可靠方案。目前新易盛已经推出400G QSFP-DD硅光模块，兼具性能、成本、供应的优势，下一步新易盛将通过优化设计、优化工艺提升封装耦合效率。

康宁光通信中国应用工程和市场发展总监房毅指出，随着数据中心交换能力每两年翻倍，可插拔光模块正向联合封装光学(CPO)演进。而CPO需要日益增长的密集光学连接，这一过程中需要对光纤-芯片耦合、特殊光纤、光纤管理、面板光连接系统等跨越光连接解决方案的所有部件进行创新。目前康宁能够提供第一代CPO连接的所有原件，同时提出进一步优化的玻璃基板解决方案的愿景。

联合微电子中心有限责任公司(简称CUMEC)硅基光电子中心总监冯俊波介绍，硅基光电子技术由于其和微电子兼容的生态体系，可以紧密与微电子结合，这也是硅基光电子技术强大生命力的来源。在硅基光电子技术发展的初期，小的市场份额（与微电子相比）很难与CMOS工艺相匹配，突出的表现就是很难找到合适的硅基光电子芯片研发和生产平台。CUMEC的硅基光子开放平台，能够提供从芯片设计到生产制造到封装测试的全流程能力。

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