2021年12月13日，針對1.6T光接口的MSA(Multi-Source Agreement，多源協(xié)議)行業(yè)聯(lián)盟宣布成立，宣告1.6Tb/s光模塊將成為下一步全球競相追逐的熱點。然而，1.6Tb/s光芯片在速率、集成度、封裝技術(shù)等方面都具有極高挑戰(zhàn)，國際上還沒有明確和完善的解決方案。

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近日，國家信息光電子創(chuàng)新中心（NOEIC）、鵬城實驗室、中國信息通信科技集團光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國家重點實驗室、武漢光迅科技股份有限公司，在國內(nèi)率先完成了1.6Tb/s硅基光收芯片的聯(lián)合研制和功能驗證，實現(xiàn)了我國硅光芯片技術(shù)向Tb/s級的首次跨越。

據(jù)介紹，研究人員分別在單顆硅基光發(fā)射芯片和硅基光接收芯片上集成了8個通道高速電光調(diào)制器和高速光電探測器，每個通道可實現(xiàn)200Gb/s PAM4高速信號的光電和電光轉(zhuǎn)換，最終經(jīng)過芯片封裝和系統(tǒng)傳輸測試，完成了單片容量高達8 x 200Gb/s光互連技術(shù)驗證。

該工作刷新了國內(nèi)此前單片光互連速率和互連密度的最好水平，展現(xiàn)出硅光技術(shù)的超高速、超高密度、高可擴展性等突出優(yōu)勢，為下一代數(shù)據(jù)中心內(nèi)的寬帶互連提供了可靠的光芯片解決方案。

此前，國際上也僅有英特爾在2020年展示了1.6Tbps的光子引擎，基于英特爾硅光平臺上設(shè)計和制造，可提供四個400GBase-DR4接口。

NOEIC一直致力于推動高端光電子芯片的技術(shù)演進、國內(nèi)首產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。近年來，在超高速光收發(fā)芯片技術(shù)上獲得持續(xù)突破，相繼研制出一系列新型的超100Gbaud硅光調(diào)制器和探測器成果，先后在Nature Communications、IEEE JSSC、ECOC PDP、ACP PDP上發(fā)布，并入選“中國光學(xué)十大進展”、“中國半導(dǎo)體十大研究進展”，面向Tb/s光模塊作出了充分的技術(shù)儲備。

NOEIC同時積極參與和推動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，牽頭中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（CCSA）“100GBaud及以上高速光收發(fā)器件研究”、“800G光收發(fā)合一模塊：4×200G”標(biāo)準(zhǔn)，為我國高速光模塊行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定貢獻力量。國家信息光電子創(chuàng)新中心將繼續(xù)聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢單位，共同完成相關(guān)技術(shù)驗證和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化等工作，力爭為我國信息光電子行業(yè)提速升級、快速占據(jù)產(chǎn)業(yè)制高點提供有力支撐。

硅光市場快速增長，400G模塊已進入商用

隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的持續(xù)升級演進，使得數(shù)據(jù)中心光互連解決方案朝著更高速率、更低功耗、更低成本的方向發(fā)展。在未來，數(shù)據(jù)中心的流量會越來越大，復(fù)雜性也會越來越高，這必然會引起技術(shù)層面的創(chuàng)新。

硅光技術(shù)正是面向數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心對高速率、低成本、低功耗等需求。

根據(jù)Yole報告預(yù)測，2018年-2024年，硅光市場規(guī)模年復(fù)合增長率為44.5%，將從2018年的4.55億美元增長到2024年的41.4億美元。

目前，硅光技術(shù)應(yīng)用在第一代4x25G產(chǎn)品中，如100G PSM4和100G CWDM4，500m-2km的場景中；在第二代1x100G產(chǎn)品中，主要應(yīng)用在DR1/FR1和LR1，500m-10Km的場景中；在200G產(chǎn)品中，硅光集成的優(yōu)勢不太明顯；在400G產(chǎn)品中，400G DR4/DR4+產(chǎn)品已經(jīng)開始進入商用部署階段。800G乃至1.6T的光模塊樣機研制和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在推進中。

根據(jù)Intel的硅光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，硅光模塊產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入快速發(fā)展期，2022年，硅光子技術(shù)在每秒峰值速度、能耗、成本方面將全面超越傳統(tǒng)光模塊。當(dāng)前來看，硅光模塊的工藝難度大，封裝成本較高，在1.5~2美元/GB。

但是傳統(tǒng)光模塊的成本在1+美元/GB，難以進一步降低，而硅光模塊的成本理論上有望降至0.3美元/GB，在規(guī)模量產(chǎn)情況下具有極強的成本優(yōu)勢。

美國廠商占據(jù)市場主導(dǎo)地位，國產(chǎn)廠商已實現(xiàn)技術(shù)突破

目前，全球硅光產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)逐漸成熟，從基礎(chǔ)研發(fā)到商業(yè)應(yīng)用的各個環(huán)節(jié)均有代表性的企業(yè)。其中以Intel、Acacia、 Luxtera、Cisco、Inphi為代表的美國企業(yè)占據(jù)了硅光芯片和模塊出貨量的大部分，成為業(yè)內(nèi)領(lǐng)頭羊。

國內(nèi)廠商主要有華為、光迅科技、亨通光電、博創(chuàng)科技、新易盛等，雖然進入該領(lǐng)域較晚，市場份額相對較小。但是通過近年來在技術(shù)上的快速追趕，國產(chǎn)廠與國外廠商在技術(shù)上的差距已經(jīng)是越來越小。

早在2020年2月，華為就在倫敦發(fā)布了800G可調(diào)超高速光模塊。

據(jù)華為介紹，這款產(chǎn)品支持200G-800G速率靈活調(diào)節(jié)；單纖容量達到48T，對比業(yè)界方案高出40%；基于華為信道匹配算法，傳輸距離相比業(yè)界提升20%。這款產(chǎn)品被應(yīng)用在全系列的華為OptiXtrans光傳送產(chǎn)品中，是華為光網(wǎng)絡(luò)頂級競爭力的重要組成部分。

2020年9月，光迅科技也推出了800G光模塊，采用OSFP封裝規(guī)格，CWDM4波分復(fù)用，共計8發(fā)8收，采用單波106Gbps的PAM4調(diào)制，可以充分滿足客戶數(shù)據(jù)中心800G應(yīng)用要求。

2020年12月，旭創(chuàng)科技也推出的800G光模塊，包括800G OSFP和QSFP-DD800光模塊產(chǎn)品線。今年在接受投資者提問時，旭創(chuàng)科技表示，800G光模塊產(chǎn)品已向海外客戶送測，預(yù)計2022年800G產(chǎn)品有望被海外客戶批量采購。

2021年6月，亨通洛克利科技有限公司也發(fā)布了基于EML技術(shù)的800G QSFP-DD800 DR8光模塊，采用內(nèi)置驅(qū)動器的7nm DSP和COB結(jié)構(gòu)實現(xiàn)800G QSFP-DD800 DR8設(shè)計，模塊總功耗約為16W。亨通洛克利將于今年下半年開放早期客戶評估，并計劃在2022年下半年實現(xiàn)量產(chǎn)。亨通洛克利還計劃在2022年開發(fā)基于硅光的800G光模塊。

同一時間，成都新易盛通信技術(shù)股份有限公司發(fā)布了800G光模塊系列產(chǎn)品，包括基于EML激光器和硅光芯片的不同型號。其800G OSFP光模塊已經(jīng)在800G交換機上進行了測試，顯示出良好的性能。

隨著此次國內(nèi)完成了1.6Tb/s硅基光收芯片的聯(lián)合研制和功能驗證，使得我國的硅光技術(shù)上實現(xiàn)了對于國外的追趕。

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