大突破！国内首款1.6Tb/s硅光互连芯片已完成研制

2021年12月26日

2021年12月13日，针对1.6T光接口的MSA(Multi-Source Agreement，多源协议)行业联盟宣布成立，宣告1.6Tb/s光模块将成为下一步全球竞相追逐的热点。然而，1.6Tb/s光芯片在速率、集成度、封装技术等方面都具有极高挑战，国际上还没有明确和完善的解决方案。

近日，国家信息光电子创新中心（NOEIC）、鹏城实验室、中国信息通信科技集团光纤通信技术和网络国家重点实验室、武汉光迅科技股份有限公司，在国内率先完成了1.6Tb/s硅基光收芯片的联合研制和功能验证，实现了我国硅光芯片技术向Tb/s级的首次跨越。

据介绍，研究人员分别在单颗硅基光发射芯片和硅基光接收芯片上集成了8个通道高速电光调制器和高速光电探测器，每个通道可实现200Gb/s PAM4高速信号的光电和电光转换，最终经过芯片封装和系统传输测试，完成了单片容量高达8×200Gb/s光互连技术验证。该工作刷新了国内此前单片光互连速率和互连密度的最好水平，展现出硅光技术的超高速、超高密度、高可扩展性等突出优势，为下一代数据中心内的宽带互连提供了可靠的光芯片解决方案。

此前，国际上也仅有英特尔在2020年展示了1.6Tbps的光子引擎，基于英特尔硅光平台上设计和制造，可提供四个400GBase-DR4接口。

NOEIC一直致力于推动高端光电子芯片的技术演进、国内首产和产业转化。近年来，在超高速光收发芯片技术上获得持续突破，相继研制出一系列新型的超100Gbaud硅光调制器和探测器成果，先后在Nature Communications、IEEE JSSC、ECOC PDP、ACP PDP上发布，并入选“中国光学十大进展”、“中国半导体十大研究进展”，面向Tb/s光模块作出了充分的技术储备。

NOEIC同时积极参与和推动相关标准制定工作，牵头中国通信标准化协会（CCSA）“100GBaud及以上高速光收发器件研究”、“800G光收发合一模块：4×200G”标准，为我国高速光模块行业标准制定贡献力量。国家信息光电子创新中心将继续联合国内优势单位，共同完成相关技术验证和产业转化等工作，力争为我国信息光电子行业提速升级、快速占据产业制高点提供有力支撑。

硅光市场快速增长，400G光模块已进入商用

随着数据中心网络拓扑结构的持续升级演进，使得数据中心光互连解决方案朝着更高速率、更低功耗、更低成本的方向发展。在未来，数据中心的流量会越来越大，复杂性也会越来越高，这必然会引起技术层面的创新。而硅光技术正是面向数据中心场景下的创新方向之一，以其材料特性以及CMOS工艺的先天优势，能够很好的满足数据中心对高速率、低成本、低功耗等需求。

根据Yole报告预测，2018年-2024年，硅光市场规模年复合增长率为44.5%，将从2018年的4.55亿美元增长到2024年的41.4亿美元。

目前，硅光技术应用在第一代4x25G产品中，如100G PSM4和100G CWDM4，500m-2km的场景中；在第二代1x100G产品中，主要应用在DR1/FR1和LR1，500m-10Km的场景中；在200G产品中，硅光集成的优势不太明显；在400G产品中，400G DR4/DR4+产品已经开始进入商用部署阶段。800G乃至1.6T的光模块样机研制和技术标准正在推进中。

根据Intel的硅光子产业发展规划，硅光模块产业已经进入快速发展期，2022年，硅光子技术在每秒峰值速度、能耗、成本方面将全面超越传统光模块。当前来看，硅光模块的工艺难度大，封装成本较高，在1.5~2美元/GB。但是传统光模块的成本在1+美元/GB，难以进一步降低，而硅光模块的成本理论上有望降至0.3美元/GB，在规模量产情况下具有极强的成本优势。

美国厂商占据市场主导地位，国产厂商已实现技术突破

目前，全球硅光产业链已经逐渐成熟，从基础研发到商业应用的各个环节均有代表性的企业。其中以Intel、Acacia、 Luxtera、Cisco、Inphi为代表的美国企业占据了硅光芯片和模块出货量的大部分，成为业内领头羊。

国内厂商主要有华为、光迅科技、亨通光电、博创科技、旭创科技、新易盛等，虽然进入该领域较晚，市场份额相对较小。但是通过近年来在技术上的快速追赶，国产厂与国外厂商在技术上的差距已经是越来越小。

早在2020年2月，华为就在伦敦发布了800G可调超高速光模块。据华为介绍，这款产品支持200G-800G速率灵活调节；单纤容量达到48T，对比业界方案高出40%；基于华为信道匹配算法，传输距离相比业界提升20%。这款产品被应用在全系列的华为OptiXtrans光传送产品中，是华为光网络顶级竞争力的重要组成部分。

2020年9月，光迅科技也推出了800G光模块，采用OSFP封装规格，CWDM4波分复用，共计8发8收，采用单波106Gbps的PAM4调制，可以充分满足客户数据中心800G应用要求。

2020年12月，旭创科技也推出的800G光模块，包括800G OSFP和QSFP-DD800光模块产品线。今年在接受投资者提问时，旭创科技表示，800G光模块产品已向海外客户送测，预计2022年800G产品有望被海外客户批量采购。

2021年6月，亨通洛克利科技有限公司也发布了基于EML技术的800G QSFP-DD800 DR8光模块，采用内置驱动器的7nm DSP和COB结构实现800G QSFP-DD800 DR8设计，模块总功耗约为16W。亨通洛克利将于今年下半年开放早期客户评估，并计划在2022年下半年实现量产。亨通洛克利还计划在2022年开发基于硅光的800G光模块。

同一时间，成都新易盛通信技术股份有限公司发布了800G光模块系列产品，包括基于EML激光器和硅光芯片的不同型号。其800G OSFP光模块已经在800G交换机上进行了测试，显示出良好的性能。