鑒于此,，隨著5G時代市場對數(shù)據(jù)需求量的不斷提升，硅光技術(shù)正在成為業(yè)界追逐的目標(biāo),。

中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員,、博士生導(dǎo)師余金中表示，以光子為信息和能量之載體,，集材料,、結(jié)構(gòu)、器件,、性能,、功耗、小型化,、可靠性之大成,，實(shí)現(xiàn)高速率光信息的產(chǎn)生、傳輸和探測等功能,。

據(jù)預(yù)測,，硅光子芯片年增長率將高達(dá)40%以上。到2025年,，硅光子芯片規(guī)模將達(dá)5億美元,，硅光收發(fā)器約40億美元。

硅光技術(shù)市場前景廣闊,，近年來逐步成為資本整合的熱門對象,。據(jù)了解，思科先后收購了Lightwire,、Luxtera,、Acacia等硅光子公司，華為收購Caliopa,，Juniper收購Aurrion,，英特爾收購Barefoot，諾基亞收購Elenion,，亨通則與英國洛克利合資成立新公司,，也進(jìn)軍了硅光市場。

顯而易見,，硅光技術(shù)正在得到越來越多光通信廠商的青睞,，相信隨著硅光技術(shù)逐漸成熟,，未來將很快進(jìn)入規(guī)模商用階段。

運(yùn)營商的5G網(wǎng)絡(luò)形成了“端—邊—網(wǎng)—云”的端到端協(xié)同新架構(gòu),，其網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量與光模塊息息相關(guān)。

中國移動研究院項(xiàng)目經(jīng)理王瑞雪認(rèn)為,，當(dāng)前光模塊在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)部署中遇到了兩大挑戰(zhàn),。一是光模塊應(yīng)用領(lǐng)域多應(yīng)用范圍廣，一旦出現(xiàn)故障會影響現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù),，且速率越高影響范圍越大,；二是光模塊一般是廠家綁定供貨，且運(yùn)行能耗較高,，使得運(yùn)營商光模塊采購,、運(yùn)營成本居高不下。

騰訊光系統(tǒng)架構(gòu)師胡勝磊則進(jìn)一步估算,，在200GE和400GE硬件中,，光模塊成本是交換機(jī)成本的兩倍左右。

在這一背景下,，硅光技術(shù)進(jìn)入了光模塊領(lǐng)域,。

北京大學(xué)教授周治平表示，硅光子繼承了微電子的尺寸小,、耗電少,、成本低、集成度高等特點(diǎn),，同時還具備多通道,、大帶寬、高速率,、高密度等優(yōu)勢,。

目前100G PSM4光模塊和CWDM4光模塊已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用，部分領(lǐng)先的互聯(lián)網(wǎng)公司已經(jīng)進(jìn)入400G時代,，400G DR4光模塊開始量產(chǎn),。

騰訊在400G DR4硅光模塊的研發(fā)上取得了一定的進(jìn)展。胡勝磊表示,，在400G DR4硅光模塊中,，騰訊開發(fā)了兩種方案，都已有光模塊樣品,。不過兩種方案都有一定的不足,，因此出于規(guī)模和成本的考慮，騰訊還沒有確定采取哪種方案規(guī)模商用，并在探索第三種方案,，深入研究光芯片領(lǐng)域,。

事實(shí)上，針對硅光技術(shù),，國內(nèi)外光通信廠商已展開相關(guān)研究,，取得了一定成績。據(jù)了解,，英特爾、Luxtera早在2017年就規(guī)模商用了100G PSM4/CWDM4硅光產(chǎn)品,，目前已發(fā)貨約600萬只,。2019年，英特爾,、阿里巴巴,、海信多媒體、新易盛,、博創(chuàng),、亨通洛克利先后于2019年和2020年推出了400G DR4/DR4+硅光模塊樣品。

而在不久之前,，亨通洛克利面向下一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)布量產(chǎn)版400G DR4硅光模塊,。據(jù)悉，該款光模塊采用了業(yè)界領(lǐng)先的7nm DSP芯片,，產(chǎn)品的功耗低于9瓦,。同時，它相較于傳統(tǒng)模塊有10-30%的成本優(yōu)勢,。

隨著新產(chǎn)品的不斷推出和商用,，硅光技術(shù)未來的發(fā)展前景更加明朗。

盡管硅光技術(shù)越來越成熟,，硅光芯片即將進(jìn)入規(guī)模商用階段，但是仍然存在需要突破的技術(shù)瓶頸,。

新易盛業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)張金雙認(rèn)為,，硅光集成方案存在四個方面挑戰(zhàn)。

第一個挑戰(zhàn)是技術(shù)路線多樣化,。目前業(yè)界存在不同形式的硅光芯片方案,，而且各個廠商光模塊設(shè)計(jì)方案亦有不同。

據(jù)了解,，硅光集成方案主要有三種,。第一種是單片集成方案，該方案的特點(diǎn)是光模塊核心器件為全集成的硅光引擎,，單顆芯片集成MZM,、PD,、Driver及TIA功能芯片。第二種是2.5D/3D封裝方案,，通過2.5D/3D封裝技術(shù)將硅光芯片,、激光器、TIA,、Driver等分立的光電芯片集成到PCB板上,。第三種是2D封裝，光模塊由硅光芯片,、激光器,、TIA、Driver,、DSP等器件分立實(shí)現(xiàn),，通過Wire-bonding（引線結(jié)合法）將光電芯片封裝到PCB板上。

第二個挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)工具非標(biāo)準(zhǔn)化,。設(shè)計(jì)與制造分離,，缺乏標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)與仿真工具，以及設(shè)計(jì)套件（PDK）,。

由于硅光集成仍在發(fā)展探索階段,，代工廠擁有各自的PDK，器件參數(shù)各不相同,。張金雙表示,，工程師設(shè)計(jì)原理圖的同時，也要考慮底層元器件的性能參數(shù),。除了使用代工廠提供的PDK外,，客戶也根據(jù)代工廠的設(shè)計(jì)文件，進(jìn)行器件的獨(dú)立設(shè)計(jì),。

第三個挑戰(zhàn)是硅光耦合工藝要求較高,。這是因?yàn)楣韫獗旧聿▽?dǎo)損耗大，需要更低的插入損耗設(shè)計(jì),。

據(jù)介紹,，硅波導(dǎo)損耗體現(xiàn)在兩個方面，一個是硅波導(dǎo)與光源光斑不匹配容易產(chǎn)生較大的傳輸損耗,；另一個是硅波導(dǎo)與單模光纖尺寸差異導(dǎo)致模場嚴(yán)重失配,，耦合損耗非常大。

針對上述挑戰(zhàn),，業(yè)界準(zhǔn)備了兩套耦合方案和耦合工藝,。兩個耦合方案分別是端面耦合和光柵耦合，通過模斑變換器SSC和光柵設(shè)計(jì)，解決光模場匹配問題,。

兩套耦合工藝分別是無源耦合和有緣偶像,。無源耦合工藝是通過精密結(jié)構(gòu)定位，實(shí)現(xiàn)高效耦合,。但是該工藝技術(shù)壁壘高,，設(shè)備精密度要求非常高。有源耦合工藝是點(diǎn)亮激光器,，通過不斷調(diào)整位置,，使耦合效率最大。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品一致性好,，但缺點(diǎn)是耦合工藝所占成本較高,。

第四個挑戰(zhàn)來自晶圓自動測試及切割。硅光芯片為定制化產(chǎn)品,，需要廠家具備晶圓測試及自動分割能力。

張金雙認(rèn)為,，雖然硅光芯片晶圓自動封測兼容相對廉價的CMOS工藝,，但是仍有定制化需求，同時硅光集成還處于探索階段,，需求規(guī)模相對較小,。

據(jù)悉，針對晶圓測試,，業(yè)界有兩種選擇,，一個選擇是，晶圓廠不負(fù)責(zé)測試,，由芯片設(shè)計(jì)廠商自行開發(fā)測試系統(tǒng),；另一個選擇是晶圓廠負(fù)責(zé)測試，但是仍需不斷完善其測試系統(tǒng),。顯然,，無論哪種選擇，在產(chǎn)能需求不足的當(dāng)下,，晶圓廠和芯片設(shè)計(jì)廠商都面臨較大成本壓力,。

硅光技術(shù)因其諸多特性,，已經(jīng)成為業(yè)界追逐的下一個目標(biāo),，并將在未來超800G系統(tǒng)中具有更大的優(yōu)勢。

胡勝磊表示,，在當(dāng)前400G階段,，VCSEL、EML都是硅光有力競爭者，但是硅光技術(shù)發(fā)展路線貫穿了短中長線,，且從1.6T起成為主導(dǎo),。

根據(jù)騰訊的規(guī)劃，2023年以后將在其數(shù)據(jù)中心波分,、接入交換層逐步引入800G速率的光模塊產(chǎn)品,。

不過在王瑞雪看來，800G時代數(shù)據(jù)中心仍將選用可插拔的光模塊,，彼時硅光模塊是否能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模部署,，取決于未來幾年硅光產(chǎn)業(yè)在光模塊功耗、成本以及規(guī)模量產(chǎn)方面能否有所突破,。

事實(shí)上,，硅光技術(shù)不僅僅應(yīng)用于可插拔光模塊。隨著數(shù)據(jù)中心內(nèi)電口速率提升到112G,，高速信號在PCB傳輸中的損耗也將隨之增加,，為了滿足信號完整性，PCB設(shè)計(jì)難度,、材料成本和功耗均大幅提升,，同時可插拔光模塊的運(yùn)行功耗也會導(dǎo)致單臺設(shè)備整機(jī)的運(yùn)行功耗成為瓶頸。

為了解決上述功耗問題,，業(yè)界引入光電共封裝技術(shù)（CPO）,，將光引擎和電交換芯片封裝成一個芯片，來減少PCB的距離,，進(jìn)而降低成本和功耗,。

據(jù)了解，業(yè)界已有部分廠商推出的CPO樣機(jī),。今年1月,，亨通光電就推出了國內(nèi)首臺基于硅光技術(shù)的3.2T CPO樣機(jī)。英特爾,、IBM等國外巨頭則在2020年推出了類似的樣機(jī)方案,。

當(dāng)然，從樣機(jī)到量產(chǎn)設(shè)備的推出,，中間還要面臨更多挑戰(zhàn),。硅光產(chǎn)業(yè)鏈上下也正在通力合作，突破硅光技術(shù)發(fā)展的瓶頸,，完善相關(guān)技術(shù),、產(chǎn)品和解決方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)硅光技術(shù)的規(guī)模商用,，滿足不斷增長的數(shù)據(jù)需求,。