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隨著我國數字經濟的蓬勃發展,新一代信息技術間的融合效應漸顯,“5G+云+AI”將成為推動我國數字經濟持續發展的重要引擎。基于上述背景,我國率先提出了“算力網絡” 的概念。
2021年,國家發展改革委等四部門明確提出布局建設全國一體化算力網絡國家樞紐節點,加快實施“東數西算”工程。
隨后,京津冀、長三角、粵港澳大灣區等地響應號召,相繼啟動建設國家算力網絡樞紐節點,我國“東數西算”工程全面進入建設期。
對此,多份行業研究報告均認為,“東數西算”的數據中心大規模部署必將引爆光通信產業,其中最先受益的就是光芯片及光模塊產業。
光通信迭代加快,“舊技術”迎來新發展
光通信系統技術路線的升級依賴于技術的革新,在當前光通信系統和調制格式越來越復雜的情況下,光通信芯片和模塊正向800bit/s速率演進,未來還將達到Tbit/s級別速率,迫切需要開發更高集成度、更低成本的光通信芯片和模塊。
此時,一項早在上世紀提出的技術,又重新出現在人們的視線中。
硅基光電子技術的發展始于上世紀80年代,Soref發現了晶體硅中的等離子色散效應,為硅基電光調制提供了理論基礎。
硅光子技術其核心理念是“以光代電”,即利用激光束代替電子信號進行數據傳輸。硅光子技術將硅光模塊中的光學器件與電子元件整合到一個獨立的微芯片中,使光信號處理與電信號的處理深度融合,最終實現真正意義上的“光互聯”。
硅基光電子技術擁有光的極高帶寬、超快速率和高抗干擾特性以及微電子技術在大規模集成、低能耗、低成本等方面的優勢,更適應未來高速、復雜的光通信系統。同時可以滿足長距離數據傳輸以及微電子芯片間的短距離大容量數據傳輸,通過與微電子集成電路進行單片集成,實現高速、低功耗的片上互連,突破微電子處理器在數據互連上的瓶頸。
去年年底,阿里巴巴達摩院發布了2022十大科技趨勢,分別是:AI for Science、大小模型協同進化、硅光芯片、綠色能源AI、柔性感知機器人、高精度醫療導航、全域隱私計算、星地計算、云網端融合以及XR互聯網。
其中,硅光芯片異軍突起,在芯片領域引領了一場變革,融合光子和電子優勢,突破摩爾定律限制,滿足人工智能、云計算帶來的爆發性算力需求。預計未來三年,硅光芯片將承載大型數據中心的高速信息傳輸。
光芯片借力數據中心建設成為新熱門
光芯片是光通信系統中的關鍵核心器件,硅光芯片作為采用硅光子技術的光芯片,是將硅光材料和器件通過特色工藝制造的新型集成電路。硅光集成優點主要包括了低功耗、高集成度體積減小,通過光子介質傳輸信息因而連接速度更快,同時,硅光技術可以通過晶圓測試等方法進行批量測試,測試效率顯著提升。
硅基光電子技術具有集成度高的優勢。但同時,高集成度對芯片的封裝技術也提出了更高的要求。硅基光電子芯片的封裝對精度要求高、技術難度大,現階段硅基光電子芯片的封裝成本甚至占到了硅基光電子模塊總成本的 10%左右。開發具有低成本、高可靠性的硅基光電子芯片封裝技術是硅基光電子大規模產業化面臨的挑戰之一。
數據中心是光通信產業的重要市場,是承載數字計算力、各行業信息系統的基礎保障設施,也是促進各行各業進行產業升級的關鍵動力。對比普通光模塊,硅光模塊具有低功耗、高集成和高速率等優勢,對于需要大量使用光模塊的數據中心而言,硅光模塊最顯著的優勢就是低成本。
如果硅光芯片在數據中心領域得以廣泛部署,那么以硅光子為核心的光計算將有可能帶動神經網絡的進步,進而影響數字經濟的發展。
硅光產業潛力初現,各大廠商爭相布局
根據市場研究機構Yole的數據,到2026年,預計硅基光電子技術的產業總體市場規模將快速增長至11億美元。硅光技術廣闊的市場前景,也吸引了各大公司在相關技術研發上加足馬力。
月初,格芯就推出新一代硅光解決方案,與行業領導者合作共同應對數據中心當前面臨的嚴峻挑戰;作為光模塊龍頭之一的新易盛也發布公告聲明將深入參與硅光模塊、相干光模塊以及硅光子芯片技術的市場競爭。
熹聯光芯成功并購行業領先的硅光新銳德國Sicoya公司,總投資20億元在張家港設立國內第一家擁有完全知識產權的中國硅光集成電路領軍企業,建設國內第一條硅光芯片及封測生產線,并已實現100G光模塊規模化量產,400G光學引擎及光模塊也已進入送樣認證階段。
Marvell公司宣布其用于數據中心的400G DR4硅光子平臺解決方案實現量產,平臺基于硅光子技術,將幫助擴展云數據中心架構,以滿足新興人工智能和機器學習應用日益增長的帶寬需求。
思科、華為、Ciena、Juniper等巨頭也紛紛通過收購布局硅光技術,立志將硅光技術應用于千億級的IC市場。
當前,我國高速光芯片發展形式還不容樂觀,根據工信部發布的《中國光電子器件產業技術發展路線圖(2018—2022年)》指出,目前我國高速率光芯片國產化率僅3%左右,而硅光芯片的到來有望打破這一局面。
去年,國家信息光電子創新中心、鵬城實驗室、中國信息通信科技集團光纖通信技術和網絡國家重點實驗室、武漢光迅科技股份有限公司,在國內率先完成了1.6Tb/s硅基光收發芯片的聯合研制和功能驗證,實現了我國硅光芯片技術向Tb/s級的首次跨越。展現出硅光技術的超高速、超高密度、高可擴展性等突出優勢,為下一代數據中心內的寬帶互連提供了可靠的光芯片解決方案。
硅光技術日新月異,各地也相繼出臺方案,明確將發展硅光產業作為建設重點,上海市提出發展光子芯片與器件,重點突破硅光子、光通訊器件、光子芯片等新一代光子器件的研發與應用,對光子器件模塊化技術、基于CMOS的硅光子工藝、芯片集成化技術、光電集成模塊封裝技術等方面的研究開展重點攻關。湖北省、重慶市、蘇州市等政府也緊隨其后將硅光芯片作為“十四五”期間的重點發展產業。
5G時代,對芯片傳輸速率和穩定性要求更高,使得密集組網對硅光芯片的需求大增。在消費電子領域,智能傳感、移動終端等產品均可利用硅光技術在有限的空間集成更多的器件;在量子通信領域,由于硅光技術保密性強、集成度高、適合復雜光路控制等優勢,有望成為量子通信的重要技術方案。可以預見,隨著技術的成熟,硅光芯片在數通領域和消費電子領域的需求將迎來一輪大爆發。
浙公網安備 33010602000006號
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