阿里云李淼峰:硅光将率先在数据中心产业化落地,需要持续优化功耗

1月12日消息(水易)今日,由CIOE中国光博会与C114通信网联合推出的大型研讨会系列活动——“2023中国光通信高质量发展论坛”拉开帷幕。首场“硅光技术研讨会”上,阿里巴巴高级技术专家李淼峰分享了数据中心硅光芯片的演进和迭代路径。

硅光率先在数据中心光模块产业化落地

李淼峰介绍,从国外专家的分析看,硅光可以在光模块、5G无线、自动驾驶激光雷达、生物传感、量子等方面得到应用,不过目前只有光模块已经对传统技术有了一定的优势,可以相互竞争,其他方向还有待技术成熟。

从市场前景看,根据Yole的报告,预计到2025年硅光市场规模将达到39亿美元,其中应用于数据中心的就达到36亿美元。另外一份来自LightCounting的报告显示,在数据中心市场,硅光模块到2025年将占据接近一半市场,到2027年将全面超越。

这足以说明产业界对硅光在数据中心模块市场的成功寄予厚望。据悉,目前英特尔的光模块预计出货量超过500万只。

“数据中心光模块是硅光技术短期内可以产业化落地的最大市场。”在李淼峰看来“能在产业化中跑赢的技术一定是低成本且可以成熟批量生产,对于数据中心客户而言,成本永远是第一关注点。”

对于可插拔模块的演进路径,李淼峰表示,400G、800G甚至1.6T的时代,可插拔硅光模块仍将是主导性产品,因为有成熟的产业链,技术成熟度高,能够兼容现有生态。“我认为,CPO在400G到1.6T不会是一个很主流的技术解决方案。”

另外从封装形势看,根据Arista的报告,在2025年之前单波100G模块仍是主流,单波200G将会持续攀升但占比不会太高。2026年之后,单波100G走向下滑通道,单波200G将占据主导位置。

硅光晶圆制造国内有条件支撑本土需求

谈到硅光产业链,李淼峰先以传统半导体行业为例。来自中国产业研究院《半导体全景产业链图》的报告,半导体行业在设计、制造和封测上形成了稳定的三分天下的格局;设计软件基本被国外垄断,国内设计能力在飞速进步;高端制造能力国内基本空白,近些年处在奋起直追中;封测行业我国在全球拥有较强的竞争力,市场占有率高。

回到硅光产业,李淼峰认为与传统半导体行业类似,仍将是设计、制造和封测三分天下的格局。不同的是,硅光设计方面,国内已经和国外没有太大差距;制造领域,硅光晶圆制造国内有条件支撑本土的产品需求;封测领域一直是强项。“相对传统半导体产业链,硅光产业我们是有优势的,有条件跟国外齐头并进。”

具体到硅光制造,李淼峰介绍,硅光晶圆制造过程不需要非常先进的工艺,但相比于传统的标准CMOS工艺存在一些不同,不过没有太大差异。因此在技术上,国内完全有能力支撑本土产品的需求,但是目前硅光子在通信市场的需求总量与CMOS Fab产能存在巨大的鸿沟。

“通俗的说,Fab产能很大,每月可以有数千、上万片的产能,但是硅光子可能只要几百、几千片就能覆盖全球范围的需求。”李淼峰表示,面对这一鸿沟,需要集中国内客户的需求来支持硅光Fab的发展。

另外,不同Fab的工艺之间存在差异不能形成统一的标准,导致流片Fab的切换时间和经济成本巨大。呼吁Fab能够从标准层面统一,让客户能够更容易从一家Fab转移到另一家Fab。

数据中心硅光芯片需要持续的优化功耗

李淼峰表示,虽然硅光技术在数据中心市场领域具有延续性和可持续性等优点,在更多路并行和更复杂的调制格式方面有优势,另外在产品化方面也获得一定的成功,但是还有诸多方面需要提升。

例如,硅光芯片的效率比较低,导致损耗问题。因此,数据中心硅光芯片需要持续的优化功耗,在光和电两个维度上不断提升并找到一个最佳平衡点。与此同时,光学和电学性能的改善最终统一到更低的单位bit能耗。

光学损耗的改善方面,通过波导体系的设计(包括结构、材料和工艺),耦合器的改善等,尽量降低调制器的损耗。电学的改善方面,主要是通过更高的带宽,更高效率(VpiL)且工艺一致性高的有源区设计以及更先进的封装形式降低信号劣化。

如何实现功耗权衡,主要监控的指标是OMA和TDECQ,假设TDECQ固定的情况下,尽量提升OMA。提升OMA有两种方式:一是提高消光比,具体是提升调制器效率和提高Driver输出电压;二是提升出光功率,主要通过降低芯片IL和提升LD功率(数量)。权衡就是这几个指标的互相平衡,从而找到性能最佳点。

李淼峰指出,其实从产品的角度看能耗和成本也存在一个权衡,需要从芯片设计和模块BOM、封装的角度,需要进一步的改善整个模块的成本。当然数据中心硅光芯片还需要在良率提升上下大的力气。

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