阿里云李淼峰：硅光將率先在數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)化落地，需要持續(xù)優(yōu)化功耗

1月12日消息（水易）今日，由CIOE中國光博會與C114通信網(wǎng)聯(lián)合推出的大型研討會系列活動——“2023中國光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”拉開帷幕。首場“硅光技術(shù)研討會”上，阿里巴巴高級技術(shù)專家李淼峰分享了數(shù)據(jù)中心硅光芯片的演進和迭代路徑。

硅光率先在數(shù)據(jù)中心光模塊產(chǎn)業(yè)化落地

李淼峰介紹，從國外專家的分析看，硅光可以在光模塊、5G無線、自動駕駛激光雷達、生物傳感、量子等方面得到應(yīng)用，不過目前只有光模塊已經(jīng)對傳統(tǒng)技術(shù)有了一定的優(yōu)勢，可以相互競爭，其他方向還有待技術(shù)成熟。

從市場前景看，根據(jù)Yole的報告，預(yù)計到2025年硅光市場規(guī)模將達到39億美元，其中應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的就達到36億美元。另外一份來自LightCounting的報告顯示，在數(shù)據(jù)中心市場，硅光模塊到2025年將占據(jù)接近一半市場，到2027年將全面超越。

這足以說明產(chǎn)業(yè)界對硅光在數(shù)據(jù)中心模塊市場的成功寄予厚望。據(jù)悉，目前英特爾的光模塊預(yù)計出貨量超過500萬只。

“數(shù)據(jù)中心光模塊是硅光技術(shù)短期內(nèi)可以產(chǎn)業(yè)化落地的最大市場。”在李淼峰看來“能在產(chǎn)業(yè)化中跑贏的技術(shù)一定是低成本且可以成熟批量生產(chǎn)，對于數(shù)據(jù)中心客戶而言，成本永遠是第一關(guān)注點。”

對于可插拔模塊的演進路徑，李淼峰表示，400G、800G甚至1.6T的時代，可插拔硅光模塊仍將是主導(dǎo)性產(chǎn)品，因為有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，技術(shù)成熟度高，能夠兼容現(xiàn)有生態(tài)。“我認為，CPO在400G到1.6T不會是一個很主流的技術(shù)解決方案。”

另外從封裝形勢看，根據(jù)Arista的報告，在2025年之前單波100G模塊仍是主流，單波200G將會持續(xù)攀升但占比不會太高。2026年之后，單波100G走向下滑通道，單波200G將占據(jù)主導(dǎo)位置。

硅光晶圓制造國內(nèi)有條件支撐本土需求

談到硅光產(chǎn)業(yè)鏈，李淼峰先以傳統(tǒng)半導(dǎo)體行業(yè)為例。來自中國產(chǎn)業(yè)研究院《半導(dǎo)體全景產(chǎn)業(yè)鏈圖》的報告，半導(dǎo)體行業(yè)在設(shè)計、制造和封測上形成了穩(wěn)定的三分天下的格局；設(shè)計軟件基本被國外壟斷，國內(nèi)設(shè)計能力在飛速進步；高端制造能力國內(nèi)基本空白，近些年處在奮起直追中；封測行業(yè)我國在全球擁有較強的競爭力，市場占有率高。

回到硅光產(chǎn)業(yè)，李淼峰認為與傳統(tǒng)半導(dǎo)體行業(yè)類似，仍將是設(shè)計、制造和封測三分天下的格局。不同的是，硅光設(shè)計方面，國內(nèi)已經(jīng)和國外沒有太大差距；制造領(lǐng)域，硅光晶圓制造國內(nèi)有條件支撐本土的產(chǎn)品需求；封測領(lǐng)域一直是強項。“相對傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，硅光產(chǎn)業(yè)我們是有優(yōu)勢的，有條件跟國外齊頭并進。”

具體到硅光制造，李淼峰介紹，硅光晶圓制造過程不需要非常先進的工藝，但相比于傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝存在一些不同，不過沒有太大差異。因此在技術(shù)上，國內(nèi)完全有能力支撐本土產(chǎn)品的需求，但是目前硅光子在通信市場的需求總量與CMOS Fab產(chǎn)能存在巨大的鴻溝。

“通俗的說，F(xiàn)ab產(chǎn)能很大，每月可以有數(shù)千、上萬片的產(chǎn)能，但是硅光子可能只要幾百、幾千片就能覆蓋全球范圍的需求。”李淼峰表示，面對這一鴻溝，需要集中國內(nèi)客戶的需求來支持硅光Fab的發(fā)展。

另外，不同F(xiàn)ab的工藝之間存在差異不能形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致流片F(xiàn)ab的切換時間和經(jīng)濟成本巨大。呼吁Fab能夠從標(biāo)準(zhǔn)層面統(tǒng)一，讓客戶能夠更容易從一家Fab轉(zhuǎn)移到另一家Fab。

數(shù)據(jù)中心硅光芯片需要持續(xù)的優(yōu)化功耗

李淼峰表示，雖然硅光技術(shù)在數(shù)據(jù)中心市場領(lǐng)域具有延續(xù)性和可持續(xù)性等優(yōu)點，在更多路并行和更復(fù)雜的調(diào)制格式方面有優(yōu)勢，另外在產(chǎn)品化方面也獲得一定的成功，但是還有諸多方面需要提升。

例如，硅光芯片的效率比較低，導(dǎo)致?lián)p耗問題。因此，數(shù)據(jù)中心硅光芯片需要持續(xù)的優(yōu)化功耗，在光和電兩個維度上不斷提升并找到一個最佳平衡點。與此同時，光學(xué)和電學(xué)性能的改善最終統(tǒng)一到更低的單位bit能耗。

光學(xué)損耗的改善方面，通過波導(dǎo)體系的設(shè)計（包括結(jié)構(gòu)、材料和工藝），耦合器的改善等，盡量降低調(diào)制器的損耗。電學(xué)的改善方面，主要是通過更高的帶寬，更高效率（VpiL）且工藝一致性高的有源區(qū)設(shè)計以及更先進的封裝形式降低信號劣化。

如何實現(xiàn)功耗權(quán)衡，主要監(jiān)控的指標(biāo)是OMA和TDECQ，假設(shè)TDECQ固定的情況下，盡量提升OMA。提升OMA有兩種方式：一是提高消光比，具體是提升調(diào)制器效率和提高Driver輸出電壓；二是提升出光功率，主要通過降低芯片IL和提升LD功率（數(shù)量）。權(quán)衡就是這幾個指標(biāo)的互相平衡，從而找到性能最佳點。

李淼峰指出，其實從產(chǎn)品的角度看能耗和成本也存在一個權(quán)衡，需要從芯片設(shè)計和模塊BOM、封裝的角度，需要進一步的改善整個模塊的成本。當(dāng)然數(shù)據(jù)中心硅光芯片還需要在良率提升上下大的力氣。

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