C114訊 5月11日消息（岳明）由CIOE中國光博會與C114通信網(wǎng)聯(lián)合推出的大型研討會系列活動——“2023中國光通信高質量發(fā)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(chǎn)業(yè)發(fā)展與未來趨勢”的主題演講。
吳冰冰指出，5G+數(shù)據(jù)中心時代，新型業(yè)務及應用驅動數(shù)據(jù)流量增長，掀起光電子芯片器件及模塊行業(yè)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(guī)模呈增長態(tài)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(xù)演進，業(yè)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(wǎng)絡發(fā)展、拓展融合應用、全面推動數(shù)字化轉型作為搶抓戰(zhàn)略機遇的重要手段。十四五發(fā)展規(guī)劃明確提出，要加快推動5G網(wǎng)絡、千兆光纖網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新型基礎設施建設，深化傳統(tǒng)基礎設施數(shù)字化轉型，以寬帶網(wǎng)絡賦能數(shù)字經(jīng)濟、數(shù)字社會、數(shù)字政府、數(shù)字生態(tài)建設。
2022年2月，發(fā)改委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)通知，同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、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(jié)點，并規(guī)劃了10個國家數(shù)據(jù)中心集群，“東數(shù)西算”工程正式啟動，推進能源和算力的跨區(qū)域協(xié)同調度，開創(chuàng)高質量數(shù)字經(jīng)濟新局面。
而這一切的背后，是光網(wǎng)絡所構筑的堅實底座。吳冰冰表示，光通信是發(fā)展5G、數(shù)據(jù)中心、算力網(wǎng)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(yè)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(chǎn)業(yè)核心訴求：高速率、集成化、大容量
吳冰冰表示，根據(jù)Omida數(shù)據(jù)，2022年市場規(guī)模超130億美元，電信、數(shù)據(jù)中心、接入為主要應用領域，不同細分產(chǎn)品中光收發(fā)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(shù)據(jù)中心、城域和干線整體向400G及以上演進升級。數(shù)據(jù)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(wǎng)和干線網(wǎng)應用場景中，光接口向400G/800G發(fā)展演進。目前，400G光模塊標準體系趨于完備，產(chǎn)業(yè)界正在積極開展800G光模塊標準化及產(chǎn)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(chǎn)品產(chǎn)業(yè)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(yōu)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(yōu)勢；逐步由數(shù)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(yōu)勢，開辟芯賽道，近年來熱度不減，數(shù)通、電信為重要應用領域。從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，硅光技術參與廠商眾多、產(chǎn)業(yè)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(yōu)勢明顯；同時，硅光集成芯片規(guī)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(fā)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(yōu)異的光電特性，并具有與半導體微納加工工藝兼容的優(yōu)勢，成為實現(xiàn)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(tǒng)容量，但從底層技術來看，這都需要光電子芯片器件的創(chuàng)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(yè)務調度能力，除通信外，全光交換器件或在智算中心網(wǎng)絡、空間光子學、量子信息等領域得到更廣泛應用。
未來發(fā)展趨勢：新工藝、新方案、新應用
在談到未來發(fā)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(xiàn)出從傳統(tǒng)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(xù)性，相較于可插拔帶寬密度提升一個數(shù)量級，能量效率優(yōu)化40%以上。根據(jù)Yole預計，2032年CPO市場將達到22億美元；在規(guī)模部署進程中將伴隨產(chǎn)業(yè)模式轉型，CPO將需要新的合作模式和戰(zhàn)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(xiàn)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(xiàn)，對芯片器件提出抗輻照要求。空間光通信是多學科交叉的熱點研究領域，但常規(guī)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(zhàn)。
除此之外，通感一體光網(wǎng)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(xié)同，通感一體光網(wǎng)絡可通過光纖故障分析定位功能提升網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，并可通過傳感數(shù)據(jù)采集功能提高光纖應用價值，業(yè)界及學術界已展開廣泛研究。 
