C114訊 1月12日消息（樂思）在今日舉行的“2023中國光通信高質量發展論壇 - 硅光技術研討會”上，中國信通院技術與標準研究所副所長趙文玉指出，在算力時代超大帶寬、低時延、靈活連接、低成本能耗等應用驅動下，硅光迎來發展機遇，其在通信和計算領域中的應用成為近年來討論的熱點。數據中心特點適合硅光大量應用，CPO技術崛起，光子集成趨勢顯著。硅光助力解決相干模塊尺寸與成本問題。未來硅光通信向著高速率、集成化方向邁進。
他認為，從互聯和計算來看，光互連可為計算提供高性能I/O接口，硅光計算產業整體處于初步探索階段，預計將先在部分特定應用市場中形成產品競爭力。成為使后摩爾時代計算技術突破傳統微電子計算極限的可選方案，可實現更低能耗、更小延遲以及更大帶寬。
數據中心助推硅光加速發展
算力時代需要高速運力大動脈，數據中心互聯（DCI）市場規模平穩增長。目前400G應用逐步提升，即將進入大規模部署階段，800G應用也開始啟動。從整體發展的態勢來看，數據中心高速光連接推動底層光器件向集成化、低成本、低能耗方向發展。可以說，數據中心高速光連接構建了算力承載全光底座。
趙文玉表示，從目前的發展來看，全球算力規模不斷增大，對超高速和高能效計算的需求呈指數級增長。現有的馮諾依曼架構下的傳統電子信號處理器難以同時實現高算力和低能耗。探索更多維度、更多要素的協同創新成為支撐綠色算力升級的重要舉措。在國家層面，我國正在推進關鍵前沿領域的戰略研究布局和技術融通創新。
據悉，硅光在數據中心應用的三大驅動力：基于AI與ML的工作量增加、混合集成使能chiplet集成、EPDA軟件的發展。目前100G中短距和400G及以上短距應用優勢明顯。
談到CPO，趙文玉稱，CPO正向更高集成度演進，硅光方案成主流。現有的實現方案光引擎，主要圍繞在交換芯片四周。光引擎由電芯片(EIC，由TIA、Driver等構成）以及光芯片(PIC，由光探測器、調制器等構成)以及其他控制單元構成，最終目標是完全的單片集成。
另外傳統的分立封裝架構、調制器和PD異質異構設計無法滿足大容量小型化的光引擎設計需求。自然而然，硅光集成技術在近年來成為CPO光引擎的主要方案，典型的技術特性有CMOS兼容、非氣密封裝、以及56GBaud高速速率。
隨著技術方案的推出和多廠家的研制，近期硅光CPO樣機不斷推出。英特爾、Ranovus，以及Broadcom陸續都推出了先進的CPO樣機或者正式的產品。
與此同時，硅光還在助力解決相干模塊尺寸與成本問題。相干調制以及合分波器件的高度集成化，透鏡等分立元件數大量減少，同時可采用非氣密BGA接口，封裝尺寸小，成本低。硅光集成芯片規模商用有望使相干技術降低成本從而進一步下沉。目前，硅光相干在400G時代以ZR/ZR+為主要應用；更高速率的800G ZR、ER1、LR、LR1標準正在研究當中，相干有望下沉至2-10km 場景。
趙文玉透露，面向5G的光電子芯片與器件技術公共服務平臺，中國信通院聯合上海新微、中科光芯、中興光電子，依托工信部產業技術基礎公共服務平臺國家專項，建設了硅基光電子與高速激光器等芯片器件的仿真設計、制造/封裝工藝、測試驗證公共服務平臺，促進中試熟化及應用推廣。
硅光互連與計算嶄露頭角
目前傳統服務器架構面臨分解，包括通用/專用計算、AI/ML、HPC和數據存儲在內的各資源池相互解耦，并通過高達Pb/s接口連接，互連開始主導成本和功耗，這為集成硅光I/O創造了巨大驅動力。
整體來看，電I/O適合封裝內的器件間互連，互連損耗使得傳輸距離難以擴展；帶寬與距離矛盾嚴重,需要進行平衡；基于集成光學器件或許可以解決這一問題。當前，硅光互連已啟動初步應用。
在光計算方面，光計算具備高帶寬、低能耗等固有優勢。光計算是利用光的物理性質進行大容量信息處理的光學運算技術，具備低延遲、高帶寬、低能耗等固有優勢。廣義的光計算是把光作為計算系統的組成部分，狹義的光計算是指在光域實現信息處理和邏輯運算。其中，最典型的特征有更低能耗的數據傳輸；更快時鐘，更低延遲；以及強大的并行處理。
趙文玉表示，硅光經典計算存在多種典型實現方式及結構。由于受限于分立光計算系統體積大、兼容性差等問題，光計算核心器件趨向于集成化、小型化方向發展，滿足光計算發展需求。而硅基光電子因其發展相對成熟、器件種類豐富、工藝兼容等優勢，所以成為集成光計算系統的主要技術。
在硅光經典計算領域，以美為首的國外企業發展迅速。雖然光經典計算產業規模較小，但歐美有五家較為典型的初創企業將高校研究成果轉化，形成以光計算為核心的主營業務。其中Lightmatter采用硅光方案。隨著應用需求和產業生態的逐漸完善，預計光計算可初步實現相對電計算的性能和成本優勢，在部分專用市場中形成產品競爭力。
同樣在該領域，我國研究熱情較高但企業數量較少。近年來，我國光計算研究熱情較高，多家院所高校均涉足其中，相關學術交流也日益頻繁。但企業數量較少，以曦智科技、光子算數為代表，沿襲國際高等院校先進技術，已初步實現商業化。
與此同時，硅光量子計算使用光子來編碼量子比特，以光子的偏振自由度、角動量等作為量子比特的變化量測對象，利用集成光量子芯片來實現量子糾纏光源、量子糾纏門、量子比特測量的功能集成，實現對光量子信息的高效處理、計算和傳輸等功能；以及量子漫步、檢索、分子模擬和組合優化等應用問題。目前被認為是實現量子計算的重要路徑之一。
趙文玉坦言，我們看到，當前硅光量子計算產業處于起步階段。光量子計算產業的發展取決于光量子態制備、光量子態的操縱、光量子探測，以及器件制作材料、工藝等一系列科學問題的研究進展。
“最終光量子計算的發展最終將落實到各行業的具體應用當中，對于產業界而言，重要的是將量子計算應用與自身業務相結合，在某些特定領域找到殺手級應用，并逐步向通用量子計算過渡。” 趙文玉強調。 
