C114訊 5月11日消息（岳明）由CIOE中國(guó)光博會(huì)與C114通信網(wǎng)聯(lián)合推出的大型研討會(huì)系列活動(dòng)——“2023中國(guó)光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”之第五場(chǎng)線上論壇“光芯片與高端器件技術(shù)研討會(huì)”在今天召開。
在研討會(huì)上，中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所高級(jí)工程師吳冰冰應(yīng)邀作了題為“光芯片器件及模塊的技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與未來(lái)趨勢(shì)”的主題演講。
吳冰冰指出，5G+數(shù)據(jù)中心時(shí)代，新型業(yè)務(wù)及應(yīng)用驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)，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(chǔ)與核心，全球市場(chǎng)規(guī)模呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，高速率、集成化、大容量成為核心訴求；展望未來(lái)，三維集成、異質(zhì)集成等新工藝持續(xù)演進(jìn)，業(yè)界廣泛探索CPO、線性驅(qū)動(dòng)等降低能耗的新方案，空天地海一體化、通感一體化新應(yīng)用也對(duì)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(guó)把推進(jìn)寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、拓展融合應(yīng)用、全面推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為搶抓戰(zhàn)略機(jī)遇的重要手段。十四五發(fā)展規(guī)劃明確提出，要加快推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)、千兆光纖網(wǎng)絡(luò)、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(chǔ)設(shè)施建設(shè)，深化傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以寬帶網(wǎng)絡(luò)賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字社會(huì)、數(shù)字政府、數(shù)字生態(tài)建設(shè)。
2022年2月，發(fā)改委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)通知，同意在京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝、內(nèi)蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地啟動(dòng)建設(shè)國(guó)家算力樞紐節(jié)點(diǎn)，并規(guī)劃了10個(gè)國(guó)家數(shù)據(jù)中心集群，“東數(shù)西算”工程正式啟動(dòng)，推進(jìn)能源和算力的跨區(qū)域協(xié)同調(diào)度，開創(chuàng)高質(zhì)量數(shù)字經(jīng)濟(jì)新局面。
而這一切的背后，是光網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)筑的堅(jiān)實(shí)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(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施和前提，在拉動(dòng)有效投資、促進(jìn)信息消費(fèi)、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(gòu)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(chǎng)規(guī)模超130億美元，電信、數(shù)據(jù)中心、接入為主要應(yīng)用領(lǐng)域，不同細(xì)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(jìn)升級(jí)。數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場(chǎng)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(yīng)用場(chǎng)景中，光接口向400G/800G發(fā)展演進(jìn)。目前，400G光模塊標(biāo)準(zhǔn)體系趨于完備，產(chǎn)業(yè)界正在積極開展800G光模塊標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)品研制，1.6T研究熱度增加。
吳冰冰進(jìn)一步指出，隨著速率提升至800Gb/s，相干技術(shù)方案在80km傳輸距離基礎(chǔ)上，進(jìn)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(shù)成為研究重點(diǎn)。
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(shù)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)成熟度和應(yīng)用場(chǎng)景方面，有著不同的特點(diǎn)。
其中，Ⅲ-Ⅴ族材料體系具有直接帶隙物理優(yōu)勢(shì)，光子集成技術(shù)起步早、成熟度相對(duì)較高，兼容有源和無(wú)源光器件功能平臺(tái)，尤其在激光器領(lǐng)域占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；逐步由數(shù)通、電信向更寬泛應(yīng)用領(lǐng)域延伸。
硅光技術(shù)則融合了微電子和光子的優(yōu)勢(shì)，開辟芯賽道，近年來(lái)熱度不減，數(shù)通、電信為重要應(yīng)用領(lǐng)域。從產(chǎn)業(yè)鏈角度來(lái)看，硅光技術(shù)參與廠商眾多、產(chǎn)業(yè)鏈已初具雛形。從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，硅光技術(shù)在100/400/800G中短距應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯；同時(shí)，硅光集成芯片規(guī)模商用有望使相干技術(shù)降低成本，基于硅光技術(shù)的相干光模塊在400G時(shí)代以ZR/ZR+為主要應(yīng)用；800G ZR/ER1/LR/LR1標(biāo)準(zhǔn)即將發(fā)布，硅光相干技術(shù)有望下沉至10km/40km應(yīng)用場(chǎng)景。
薄膜鈮酸鋰?yán)^承了鈮酸鋰晶體優(yōu)異的光電特性，并具有與半導(dǎo)體微納加工工藝兼容的優(yōu)勢(shì)，成為實(shí)現(xiàn)小型化、高帶寬、低損耗、高集成度調(diào)制器的熱門技術(shù)方案。吳冰冰指出，新型薄膜鈮酸鋰調(diào)制器具備支持超300GBaud潛力，未來(lái)有望在400G速率超長(zhǎng)距、800G及以上速率相干光模塊領(lǐng)域等獲得市場(chǎng)認(rèn)可。
大容量方面，包括頻譜擴(kuò)展、新型光纖、波長(zhǎng)級(jí)調(diào)度、纖芯級(jí)調(diào)度等技術(shù)都可以提升光通信系統(tǒng)容量，但從底層技術(shù)來(lái)看，這都需要光電子芯片器件的創(chuàng)新。具體來(lái)看，頻譜擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)制定和應(yīng)用試點(diǎn)積極推進(jìn)，芯片器件已趨于成熟；新型光纖領(lǐng)域，配套光電子芯片器件尚存在大量未解決的關(guān)鍵問題，需開展深入研究；全光交換領(lǐng)域，全光交換器件支撐大顆粒業(yè)務(wù)調(diào)度能力，除通信外，全光交換器件或在智算中心網(wǎng)絡(luò)、空間光子學(xué)、量子信息等領(lǐng)域得到更廣泛應(yīng)用。
未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)：新工藝、新方案、新應(yīng)用
在談到未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)時(shí)，吳冰冰用新工藝、新方案、新應(yīng)用進(jìn)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(zhì)集成演進(jìn)的趨勢(shì)。
新方案方面，CPO無(wú)疑是當(dāng)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(jī)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(gè)數(shù)量級(jí)，能量效率優(yōu)化40%以上。根據(jù)Yole預(yù)計(jì)，2032年CPO市場(chǎng)將達(dá)到22億美元；在規(guī)模部署進(jìn)程中將伴隨產(chǎn)業(yè)模式轉(zhuǎn)型，CPO將需要新的合作模式和戰(zhàn)略伙伴關(guān)系。
除CPO之外，線性驅(qū)動(dòng)也成為新關(guān)注熱點(diǎn)，線性驅(qū)動(dòng)意味著在模塊中無(wú)DSP或CDR，依靠高性能交換機(jī)SerDes實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，線性驅(qū)動(dòng)可插拔與直驅(qū)CPO能耗基本相當(dāng)，將成為降低能耗的有效途徑之一。
新應(yīng)用方面，空天地海一體化趨勢(shì)呈現(xiàn)，對(duì)芯片器件提出抗輻照要求�？臻g光通信是多學(xué)科交叉的熱點(diǎn)研究領(lǐng)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(luò)應(yīng)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(luò)可通過光纖故障分析定位功能提升網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，并可通過傳感數(shù)據(jù)采集功能提高光纖應(yīng)用價(jià)值，業(yè)界及學(xué)術(shù)界已展開廣泛研究。 
