# 硅光子学：400G 数据中心的下一次革命

> 来源：梦飞idc云平台 | 原文：https://www.mfisp.com/16295.html | 发布：2023-02-07 | 更新：2023-02-07 | 分类：云数据中心

随着5G应用和云服务的爆发，传统技术面临着功耗和传输容量的根本限制，这推动了光学和硅技术的不断发展。

随着5G应用和云服务的爆发，传统技术面临着功耗和传输容量的根本限制，这推动了光学和硅技术的不断发展。硅光子学是一项进化技术，可显着提高密度、性能和经济性，这是实现 400G 数据中心应用和推动下一代光通信网络所需的。什么是硅光子学？它如何推动数据中心400G应用的革命？请继续阅读以下内容以找出答案。

 

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## 什么是硅光子技术？

 

硅光子学 (SiPh) 是一种可以制造光子集成电路 (PIC) 的材料平台。它使用硅作为主要制造元素。与传统电子电路相比，PIC 消耗的功率更少，产生的热量更少，有望实现高能效带宽扩展。它推动了复杂光学子系统的小型化和集成到硅光子芯片中，显着提高了性能、尺寸和能效。

 

## 传统光学与硅光子光学

 

以下是传统光学与硅光子光学的技术对比图，以QSFDD DR4 400G模块和QDD DR4 400G Si为例：

 

|  | QSFDD-DR4-400G | QDD-DR4-400G-Si |
|---|---|---|
| 材料 | - 昂贵的材料——稀缺 - 中产率：来自外延的 Wg 材料 - 占地面积小：一维高折射率对比度 - 本机激光 - 原生氧化物不良 - 低暗电流 - 小晶圆（典型值 75mm） | - 廉价材料——地壳中 27% 的质量是 Si - 高成品率：来自原始晶锭的 Wg 材料 - 占地面积极小：二维高折射率对比度 - 没有原生激光 - 优秀的原生氧化物 - 中暗电流 - 低晶圆（300mm 典型值） |
| 变送器类型 | TX：1310nm EML；接收：密码 | TX:DFB RX:PIN |
| 工作准则 | ![硅光子学：400G 数据中心的下一次革命](https://www.mfisp.com/wp-content/uploads/2023/02/16295-51ux7P.jpg) | ![硅光子学：400G 数据中心的下一次革命](https://www.mfisp.com/wp-content/uploads/2023/02/16295-pcVret.jpg) |
| 封装技术 | COB | COB+3D封装 |
| 芯片 | Inphi 16nm DSP | 博通 7nm DSP |
| 能量消耗 | ＜12W | ＜10W |
| 应用 | 400G以太网，数据中心 |  |

 

400GBASE-DR4 QSFP-DD PAM4光收发模块与硅光子模块的区别仅在于：400G硅光子芯片——突破了百万级数据交换的瓶颈，在低功耗、占地面积小、相对成本低，易于大批量集成等。

 

硅光子集成电路为实现光子芯片与电子芯片的单片集成提供了理想的解决方案。QDD-DR4-400G-Si模块采用硅光子设计，集高密度和低功耗于一体，大幅降低光模块成本，从而节省数据中心建设和运营费用。

 

## 为什么在数据中心采用硅光子技术？

 

### 解决 I/O 瓶颈

 

全球不断增长的数据需求导致数据中心的带宽和计算能力资源被耗尽。面对日益增长的数据消费需求，芯片必须变得更快，处理信息的速度比信号传输进出的速度更快。也就是说，芯片速度越来越快，但光信号（来自光纤）仍必须转换为电子信号才能与数据中心深处板上的芯片通信。而且由于电信号仍然需要从光收发器传输一段距离，在那里它从光转换到处理和路由电子设备——我们已经达到了芯片处理信息的速度比电信号进入的速度更快的地步从里面出来。

 

### 降低功耗

 

发热和功耗是计算行业面临的巨大挑战。功耗将直接转化为热量。功耗会导致发热，那么什么会导致功耗呢？主要是数据传输。据估计，数据中心每年消耗 200TWh——超过一些国家的全国能源消耗量。因此，由于天气寒冷，一些世界上最大的数据中心，包括亚马逊、谷歌和微软的数据中心，都位于阿拉斯加和类似气候的国家。

 

### 节省运营预算

 

目前，一个典型的超大型数据中心拥有超过10万台服务器和超过5万台交换机。它们之间的连接需要超过100万个光模块，价值约1.5亿美元-2.5亿美元，占数据中心网络成本的60%，超过交换机、网卡、线缆等设备的总和。高成本倒逼行业通过技术升级降低光模块单价。采用硅光子技术的光纤模块的推出有望解决这一问题。

 

## 硅光子学在通信中的应用

 

硅光子学已被证明是一个引人注目的平台，可用于实现下一代相干光通信和数据中心内部互连。该技术可以支持从短距离互连到长距离通信的广泛应用，为下一代网络做出巨大贡献。

 
 
- 100G/400G 数据通信：数据中心和园区应用（至 10 公里） 
- 电信：地铁和长途应用（100 公里和 400 公里） 
- 路由器、计算机、HPC 内的超短距离光互连和交换机 
- 功能性无源光学元件，包括 AWG、光学滤波器、耦合器和分离器 
- 400G 收发器产品包括嵌入式400G 光模块、400G DAC 分支电缆、发射器/接收器、有源光缆 (AOC) 以及400G DAC。 

 

## 硅光子学的现在和未来

 

Yole 预测，硅光模块市场将从 2018 年的约 4.55 亿美元增长到 2024 年的约 40 亿美元，复合年增长率为 44.5%。据Lightcounting预测，到2024年整体数据通信高速光模块市场规模将达到65亿美元，其中硅光模块占比将达到60%（20年后为3.3%）。

 

英特尔作为领先的硅光子公司之一，在用于数据通信的硅光子收发器领域占有 60% 的市场份额。事实上，英特尔在短短几年内就已经出货了超过 300 万个 100G 可插拔收发器，并且还在继续扩展其硅光子产品系列。思科以 26 亿美元收购了 Accacia ，以 6.6 亿美元收购了 Luxtera。Inphi和NeoPhotonics等其他公司正在提出具有强大技术的硅光子收发器。

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