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2021年12月13日，針對(duì)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(jìng)相追逐的熱點(diǎn)。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(guó)際上還沒(méi)有明確和完善的解決方案。

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近日，國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心（NOEIC）、鵬城實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)信息通信科技集團(tuán)光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、武漢光迅科技股份有限公司，在國(guó)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(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)硅光芯片技術(shù)向Tb/s級(jí)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(gè)通道高速電光調(diào)制器和高速光電探測(cè)器，每個(gè)通道可實(shí)現(xiàn)200Gb/s PAM4高速信號(hào)的光電和電光轉(zhuǎn)換，最終經(jīng)過(guò)芯片封裝和系統(tǒng)傳輸測(cè)試，完成了單片容量高達(dá)8 x 200Gb/s光互連技術(shù)驗(yàn)證。

該工作刷新了國(guó)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(kuò)展性等突出優(yōu)勢(shì)，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(guó)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(tái)上設(shè)計(jì)和制造，可提供四個(gè)400GBase-DR4接口。

NOEIC一直致力于推動(dòng)高端光電子芯片的技術(shù)演進(jìn)、國(guó)內(nèi)首產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。近年來(lái)，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(cè)器成果，先后在Nature Communications、IEEE JSSC、ECOC PDP、ACP PDP上發(fā)布，并入選“中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展”、“中國(guó)半導(dǎo)體十大研究進(jìn)展”，面向Tb/s光模塊作出了充分的技術(shù)儲(chǔ)備。

NOEIC同時(shí)積極參與和推動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，牽頭中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（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(guó)高速光模塊行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定貢獻(xiàn)力量。國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心將繼續(xù)聯(lián)合國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)單位，共同完成相關(guān)技術(shù)驗(yàn)證和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化等工作，力爭(zhēng)為我國(guó)信息光電子行業(yè)提速升級(jí)、快速占據(jù)產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)提供有力支撐。

硅光市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，400G模塊已進(jìn)入商用

隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的持續(xù)升級(jí)演進(jìn)，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(lái)，數(shù)據(jù)中心的流量會(huì)越來(lái)越大，復(fù)雜性也會(huì)越來(lái)越高，這必然會(huì)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(chǎng)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(shì)，能夠很好的滿足數(shù)據(jù)中心對(duì)高速率、低成本、低功耗等需求。

根據(jù)Yole報(bào)告預(yù)測(cè)，2018年-2024年，硅光市場(chǎng)規(guī)模年復(fù)合增長(zhǎng)率為44.5%，將從2018年的4.55億美元增長(zhǎng)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(chǎng)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(chǎng)景中；在200G產(chǎn)品中，硅光集成的優(yōu)勢(shì)不太明顯；在400G產(chǎn)品中，400G DR4/DR4+產(chǎn)品已經(jīng)開始進(jìn)入商用部署階段。800G乃至1.6T的光模塊樣機(jī)研制和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在推進(jìn)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(jìn)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(lái)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(jìn)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(qiáng)的成本優(yōu)勢(shì)。

美國(guó)廠商占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，國(guó)產(chǎn)廠商已實(shí)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(gè)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(guó)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(guó)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(jìn)入該領(lǐng)域較晚，市場(chǎng)份額相對(duì)較小。但是通過(guò)近年來(lái)在技術(shù)上的快速追趕，國(guó)產(chǎn)廠與國(guó)外廠商在技術(shù)上的差距已經(jīng)是越來(lái)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(dá)到48T，對(duì)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(jí)競(jìng)爭(zhēng)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(jì)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(wèn)時(shí)，旭創(chuàng)科技表示，800G光模塊產(chǎn)品已向海外客戶送測(cè)，預(yù)計(jì)2022年800G產(chǎn)品有望被海外客戶批量采購(gòu)。

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(dòng)器的7nm DSP和COB結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)800G QSFP-DD800 DR8設(shè)計(jì)，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(píng)估，并計(jì)劃在2022年下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。亨通洛克利還計(jì)劃在2022年開發(fā)基于硅光的800G光模塊。

同一時(shí)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(hào)。其800G OSFP光模塊已經(jīng)在800G交換機(jī)上進(jìn)行了測(cè)試，顯示出良好的性能。

隨著此次國(guó)內(nèi)完成了1.6Tb/s硅基光收芯片的聯(lián)合研制和功能驗(yàn)證，使得我國(guó)的硅光技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)于國(guó)外的追趕。

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