C114訊 5月11日消息（岳明）由CIOE中國光博會與C114通信網聯合推出的大型研討會系列活動——“2023中國光通信高質量發展論壇”之第五場線上論壇“光芯片與高端器件技術研討會”在今天召開。
在研討會上，中國信息通信研究院技術與標準研究所高級工程師吳冰冰應邀作了題為“光芯片器件及模塊的技術產業發展與未來趨勢”的主題演講。
吳冰冰指出，5G+數據中心時代，新型業務及應用驅動數據流量增長，掀起光電子芯片器件及模塊行業新浪潮。光電子芯片器件是光通信的基礎與核心，全球市場規模呈增長態勢，高速率、集成化、大容量成為核心訴求；展望未來，三維集成、異質集成等新工藝持續演進，業界廣泛探索CPO、線性驅動等降低能耗的新方案，空天地海一體化、通感一體化新應用也對芯片器件提出新型要求。
光通信核心底座：重要性日益提升
我國把推進寬帶網絡發展、拓展融合應用、全面推動數字化轉型作為搶抓戰略機遇的重要手段。十四五發展規劃明確提出，要加快推動5G網絡、千兆光纖網絡、物聯網、數據中心、工業互聯網、車聯網等新型基礎設施建設，深化傳統基礎設施數字化轉型，以寬帶網絡賦能數字經濟、數字社會、數字政府、數字生態建設。
2022年2月，發改委、中央網信辦、工業和信息化部、國家能源局聯合印發通知，同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地啟動建設國家算力樞紐節點，并規劃了10個國家數據中心集群，“東數西算”工程正式啟動，推進能源和算力的跨區域協同調度，開創高質量數字經濟新局面。
而這一切的背后，是光網絡所構筑的堅實底座。吳冰冰表示，光通信是發展5G、數據中心、算力網絡的基礎設施和前提，在拉動有效投資、促進信息消費、賦能千行百業等方面具有重要作用；光電子芯片器件及模塊是光通信的核心構成部分，重要性日益提升。
產業核心訴求：高速率、集成化、大容量
吳冰冰表示，根據Omida數據，2022年市場規模超130億美元，電信、數據中心、接入為主要應用領域，不同細分產品中光收發模塊占比最高；高速率、集成化、大容量為光芯片器件及模塊的核心訴求。
高速率方面，數據中心、城域和干線整體向400G及以上演進升級。數據中心應用場景中，隨著交換芯片容量提升，光模塊開始向400G/800G過渡；城域網和干線網應用場景中，光接口向400G/800G發展演進。目前，400G光模塊標準體系趨于完備，產業界正在積極開展800G光模塊標準化及產品研制，1.6T研究熱度增加。
吳冰冰進一步指出，隨著速率提升至800Gb/s，相干技術方案在80km傳輸距離基礎上，進一步向10/40km更短距離延伸。在超高速率方面，高波特率和新型光電子芯片器件技術成為研究重點。
集成化方面，光電子芯片器件包含III-V族、硅光、薄膜鈮酸鋰等多種材料體系，在技術產品產業成熟度和應用場景方面，有著不同的特點。
其中，Ⅲ-Ⅴ族材料體系具有直接帶隙物理優勢，光子集成技術起步早、成熟度相對較高，兼容有源和無源光器件功能平臺，尤其在激光器領域占有絕對優勢；逐步由數通、電信向更寬泛應用領域延伸。
硅光技術則融合了微電子和光子的優勢，開辟芯賽道，近年來熱度不減，數通、電信為重要應用領域。從產業鏈角度來看，硅光技術參與廠商眾多、產業鏈已初具雛形。從應用場景來看，硅光技術在100/400/800G中短距應用優勢明顯；同時，硅光集成芯片規模商用有望使相干技術降低成本，基于硅光技術的相干光模塊在400G時代以ZR/ZR+為主要應用；800G ZR/ER1/LR/LR1標準即將發布，硅光相干技術有望下沉至10km/40km應用場景。
薄膜鈮酸鋰繼承了鈮酸鋰晶體優異的光電特性，并具有與半導體微納加工工藝兼容的優勢，成為實現小型化、高帶寬、低損耗、高集成度調制器的熱門技術方案。吳冰冰指出，新型薄膜鈮酸鋰調制器具備支持超300GBaud潛力，未來有望在400G速率超長距、800G及以上速率相干光模塊領域等獲得市場認可。
大容量方面，包括頻譜擴展、新型光纖、波長級調度、纖芯級調度等技術都可以提升光通信系統容量，但從底層技術來看，這都需要光電子芯片器件的創新。具體來看，頻譜擴展標準制定和應用試點積極推進，芯片器件已趨于成熟；新型光纖領域，配套光電子芯片器件尚存在大量未解決的關鍵問題，需開展深入研究；全光交換領域，全光交換器件支撐大顆粒業務調度能力，除通信外，全光交換器件或在智算中心網絡、空間光子學、量子信息等領域得到更廣泛應用。
未來發展趨勢：新工藝、新方案、新應用
在談到未來發展趨勢時，吳冰冰用新工藝、新方案、新應用進行了概括。
新工藝方面，隨著集成度和性能要求不斷提高，光電器件呈現出從傳統的單材料平面集成電路向三維集成和異質集成演進的趨勢。
新方案方面，CPO無疑是當前最火熱的話題。CPO的引入，大幅提升了帶寬密度和能量效率，光引擎靠近主機ASIC，大幅減少高速電通道損耗和阻抗不連續性，相較于可插拔帶寬密度提升一個數量級，能量效率優化40%以上。根據Yole預計，2032年CPO市場將達到22億美元；在規模部署進程中將伴隨產業模式轉型，CPO將需要新的合作模式和戰略伙伴關系。
除CPO之外，線性驅動也成為新關注熱點，線性驅動意味著在模塊中無DSP或CDR，依靠高性能交換機SerDes實現相關功能，線性驅動可插拔與直驅CPO能耗基本相當，將成為降低能耗的有效途徑之一。
新應用方面，空天地海一體化趨勢呈現，對芯片器件提出抗輻照要求�？臻g光通信是多學科交叉的熱點研究領域，但常規芯片器件和特種光纖在外太空輻照條件下性能很快下降、甚至失效，空間光通信用光電芯片器件需具備抗輻照特性，目前仍存挑戰。
除此之外，通感一體光網絡應用前景廣闊，需光電芯片器件有效支撐。通感一體化指感知與通信功能協同，通感一體光網絡可通過光纖故障分析定位功能提升網絡的穩定性，并可通過傳感數據采集功能提高光纖應用價值，業界及學術界已展開廣泛研究。 
