硅光技術(shù)成熟了

  ICC訊（編譯：Nina）本文是Marvell在2024年4月舉辦的“人工智能時(shí)代的加速基礎(chǔ)設(shè)施”（Accelerated Infrastructure for the AI Era）研討會(huì)上發(fā)表的系列演講的第四部分。

  硅光子學(xué)，一種用CMOS工藝制造光通信所需的數(shù)百個(gè)組件的技術(shù)，多年來一直被用于生產(chǎn)用于城域和長途通信的相干光模塊。人工智能帶來的日益增長的帶寬需求現(xiàn)在為硅光子學(xué)進(jìn)入數(shù)據(jù)中心打開了大門，以提高數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟(jì)性和能力。

  光模塊的內(nèi)部有什么？

  由于摩爾定律和其他因素，用于生產(chǎn)光模塊的關(guān)鍵半導(dǎo)體，如數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、跨阻放大器（TIA）和驅(qū)動(dòng)器等，都在隨著芯片的迭代穩(wěn)步提升其性能和效率。

  光學(xué)的情況就不一樣了。調(diào)制器、多路復(fù)用器、透鏡、波導(dǎo)和其他用于管理光脈沖的組件，歷來都是作為分立部件提供。Marvell云光學(xué)執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理Loi Nguyen表示：“光學(xué)基本上使用的是零配件，這很難擴(kuò)展。”

  激光器尤其具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)槟K開發(fā)人員被迫在各種技術(shù)之間進(jìn)行選擇。電吸收調(diào)制（EML）激光器是目前唯一能夠滿足支持人工智能模型所需的每秒200G速度的商業(yè)可行選擇。EML通常用于較長的鏈路，是1.6T光模塊的首選激光器。EML激光器不僅產(chǎn)能有限，而且價(jià)格昂貴。總之，這些因素使得人工智能難以按所需的速度進(jìn)行擴(kuò)展。

  進(jìn)入硅光子學(xué)

  與傳統(tǒng)的光模塊不同，硅光子學(xué)使用的是通用波長(Common Wavelength，CW)激光器，這種激光器更便宜，也更容易制造。Nguyen表示：“CW激光器就像一個(gè)燈泡，它只是不斷地發(fā)光。它更容易生產(chǎn)，有多家供應(yīng)商，且價(jià)格低廉。所有高速調(diào)制數(shù)據(jù)的魔力都發(fā)生在硅光子學(xué)中。”

  硅光子器件也可以在200毫米或300毫米的晶圓廠中生產(chǎn)。十年來，Marvell已經(jīng)證明，硅光子可以大規(guī)模制造用于相干模塊，這是很少有公司做到的。

圖：硅光模塊的結(jié)構(gòu)（來源：Marvell）

  為什么是現(xiàn)在？

  舉個(gè)例子：如果一個(gè)分立模塊在一個(gè)芯片上有8個(gè)200G通道，那么它需要4個(gè)EML激光器才能以1.6T的速度運(yùn)行。使用硅光子學(xué)，一切都是集成的，4個(gè)通道可以共享一個(gè)激光器，這意味著該模塊只需要2個(gè)價(jià)格較低的CW激光器即可運(yùn)行。集成硅光子學(xué)模塊也更加可靠和可擴(kuò)展。

圖：硅光模塊需要更少、更便宜的激光器來提供與分立激光器相同的帶寬（來源：Marvell）

  他補(bǔ)充道：“更低的成本、更少的激光器和更高的集成度，意味著更高的可靠性和更好的可擴(kuò)展性。當(dāng)市場(chǎng)有巨大的吸引力時(shí)，集成總是會(huì)贏的?！?

  硅光的未來

  今年3月的OFC展會(huì)期間，Marvell進(jìn)行了一款6.4T 3D硅光引擎的現(xiàn)場(chǎng)演示，該引擎具有32個(gè)通道的200G電氣和光學(xué)接口。該引擎將數(shù)百個(gè)組件集成到芯片中，包括將TIA和驅(qū)動(dòng)放在同一設(shè)備上。該業(yè)界首款高度集成的硅光引擎是模塊化的，可以從1.6T擴(kuò)展到6.4T，甚至更高速率。考慮到集成，與分立解決方案相比，該引擎降低了每比特的成本，并創(chuàng)造了一個(gè)更具可擴(kuò)展性的選擇，以滿足不斷增長的帶寬需求。

  3D硅光引擎將作為擴(kuò)展光學(xué)的構(gòu)建塊，并在整個(gè)光學(xué)互連領(lǐng)域具有多種用例。第一個(gè)應(yīng)用將是可插拔光模塊，它將增加一個(gè)模塊中可以放入的通道數(shù)量，從8個(gè)增加到16、32甚至64個(gè)。未來，硅光子學(xué)將實(shí)現(xiàn)共封裝光學(xué)解決方案。最終，光子學(xué)應(yīng)該會(huì)在Chiplet中找到歸宿。

  人工智能將繼續(xù)驅(qū)動(dòng)這個(gè)世界，互連技術(shù)必須擴(kuò)展以滿足需求。通過將硅光子學(xué)引入數(shù)據(jù)中心，Marvell可以在提高可擴(kuò)展性和降低成本的同時(shí)繼續(xù)提供所需的帶寬。

  原文：Silicon Photonics Comes of Age | https://www.marvell.com/blogs/silicon-photonics-comes-of-age.html