2023-5-15 14:13

光电子芯片行业掀起新浪潮,下一代光子集成电路备受关注

C114讯 5月15日消息(水易)以ChatGPT为代表的生成式AI火爆全球,叠加5G、云计算、大数据等新型业务和应用的涌现,驱动流量爆发式增长,光芯片器件、模块需要新一轮的技术革新。与此同时,我国核心光电芯片自给率相对不足,需要产业界上下游协同,推进技术的演进升级。

5月11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”第五期“光芯片与高端器件技术研讨会”正式召开,产业界各方围绕光芯片与高端器件的技术发展趋势,探讨产业如何攻克技术难关实现技术突破。

技术趋势:高速率、集成化、大容量成为核心诉求

光通信是发展5G、数据中心、算力网络的基础设施和前提,在拉动有效投资、促进信息消费、赋能千行百业等方面具有重要作用。中国信息通信研究院主任工程师吴冰冰表示,光通信是坚实底座,而光电子芯片器件及模块是光通信的核心构成部分,重要性日益提升。

吴冰冰指出,也是在5G、数据中心、算力网络等新型业务及应用驱动下,数据流量爆炸式增长,掀起光电子芯片器件及模块行业新浪潮,高速率、集成化、大容量成为核心诉求;展望未来,三维集成、异质集成等新工艺持续演进,业界广泛探索CPO、线性驱动等降低能耗的新方案,空天地海一体化、通感一体化新应用也对芯片器件提出新型要求。

北京邮电大学研究员张磊认为,不同的应用场景(温度范围、速率、传输距离),需要不同的光模块解决方案。硅光、铌酸锂、化合物半导体需要找到合适的场景。“SiP光模块带宽与损耗受限,需要更多的电芯片辅助(预加重、预失真、数字信号处理)。LNOI光模块有自主可控的基底材料,目前没有规模化的代工厂,可靠性与良率待验证。而III-V方案目前仍然是光模块主力方案,在800G、Tbps及CPO后,可能需要与SiP配合。”

中国联通研究院专家 教授级高级工程师沈世奎博士建议,针对城域应用,尤其是边缘接入层,建议光模块厂商和设备厂商,聚焦DSP和光学部分的优化,开发和提供低成本的相干100G光模块及设备,持续推动DWDM技术不断下沉,从长距离骨干网,到城域网核心,再到城域边缘接入层,这是一脉相承的技术体系。

与此同时,业界需要进一步探讨和推进低成本100G城域相干技术,加强对于核心芯片和器件的攻关,尤其是DSP芯片等,推动城域边缘接入网络逐步从10G向100G升级演进,将相干100G技术从骨干网一直延伸至城域网络边缘,从而打造更具竞争力的全光底座。

产业准备:技术水平已经达到与国外齐头并进水平

客观来说,我国在核心芯片和器件方面一直处于追赶之势,张磊介绍,来到2023年之后,我国在25G、50G光模块的量产方面已经达到与国外齐头并进的水平。在100G单波和400G、800G方面我国也已有研发力量的投入,与国外差距不大。在核心光电子芯片方面,不管是传统的化合物半导体还是新型的硅光,我国与国际上都没有明显的差别。

海思光电子有限公司资深产品规划经理庄四祥表示,数据中心多路光互联场景高速发展,硅光迎来新的发展机遇。硅光技术通过多材料体系的集成来实现各个功能部件的最优,做到超高带宽、超高响应度和超低插损,以及在合封方面提供与电连接的金属化技术,实现高速光传输。并行多路场景和高速高密新架构将是硅光技术的用武之地。

上海新微半导体有限公司副总经理方瑞禹介绍,目前国内光电芯片厂商大多以IDM的运营模式为主,而新微半导体专注于代工模式,目标是为客户提供规模化、低成本和高质量的光电芯片代工服务。为给客户提供更优质的产品和服务,新微半导体在晶圆良率、成本控制、质量保障和保密措施等四个关键方面下足功夫。

Source Photonics,Chief Engineer and CTO Frank Chang表示,网络流量的快速增长仍然是推动可插拔光模块市场增长的关键因素,目前线性可插拔光模块(LPO)是热门。LPO承诺具有与直接驱动CPO相同的功率效率,同时LPO可节省50%的I/O功率。另外,使用现在的SerDes和ASIC在100G/lane下证明可行,需要关注互操作性,标准化等问题。此外,可以扩展至200G/lane。

深圳市深光谷科技有限公司技术总监CTO雷霆介绍,深光谷致力于新型光子芯片和器件的设计、制造、封装、测试和系统应用,主要布局高密度光传输(空分复用光通信(SDM))和高密度光收发(共封装(CPO)光电集成互连)两大技术领域。同时在共封装光电集成互连技术方面也取得突破性进展,已开发出用于CPO的高密度空分光连接器和测试评估板等。

联合微电子中心有限责任公司工程师肖志雄表示,CUMEC致力于走“超越摩尔+光电融合”技术路线,以硅基光电子、异质异构三维集成、CIS、智能传感等工艺技术和产品技术为核心,为客户提供一体化的解决方案,实现设计、制造、封装全链条的完整支撑。

市场情况:重点关注下一代光子集成电路发展趋势

LightCounting创始人Dr. Vladimir Kozlov从市场需求的角度介绍了硅光的市场情况,同时对下一代光子集成电路的新趋势进行深入探讨与分析。

过去两年,也就是2021年-2022年,200G和400G以太网光模块市场的增长速度高于预期。同时,在供应商之间的激烈竞争和光电集成新技术的影响下,相关产品价格的下降速度也超过了业界预期。

Vladimir Kozlov认为,硅光技术无疑是影响该行业的一个因素,除了英特尔和Acacia两大主流厂商,越来越多的光模块供应商开始推出硅光模块。去年LightCounting预计硅光的市场规模将持续增长,到2027年硅光的市场规模将超过50%。

可以看到,在过去的十年里,硅光电公司重新激活了光子集成电路(PIC)的发展,并为光通信市场带来了许多新产品。Vladimir Kozlov指出,“我们可以说,硅光已经进入了该行业的主流。”

硅光有许多优点,在十年前就已为人所知,包括PIC代工业务模式、光电集成以及晶圆规模组装及制造等。但还有很多的工作要做,目前大多数光模块供应商仍然依赖传统的组装技术,博通提倡将激光器、光电设备、信号处理器等都集成在一块板上,也就是全集成设计。

这就需要一系列新技术来实现。Vladimir Kozlov表示,绝缘体上硅(SOI)晶圆为集成广泛的其他光学材料提供了平台,包括非线性光学晶体如铌酸锂,半导体芯片如磷化铟和聚合物。这些新材料对于持续改进PIC性能和使新产品进入更广阔的市场至关重要。

Vladimir Kozlov介绍,集成光学器件的功能通常受到光损耗或调制器、波导以及耦合光进出PIC的功率损失的限制。使用更透明的材料,提高耦合效率和薄膜光学放大器的集成应该会取得进一步的进展。低噪声量子点半导体放大器和薄膜EDFA的集成可能会加速这一领域的进展。

Vladimir Kozlov指出,一旦可用,低损耗和更复杂的PIC将在光开关和处理器、陀螺仪和其他传感器以及量子通信系统和计算机中得到应用。

作者:水易   来源:C114通信网

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本评论 更新于:2024-7-17 3:20:27
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