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引言
. N( E5 n- n( K/ m, Z. W本文探討人工智能(AI)如何推動光通信技術(shù)的變革,關(guān)注光模塊向更高速度升級以及光電共封裝(CPO)和硅基光電子等新興技術(shù)的發(fā)展[1]。
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人工智能對光模塊規(guī)格的影響" J/ M8 S3 b, i" _" `$ g' _ a/ O
人工智能和機器學(xué)習(xí)(ML)的快速發(fā)展正推動數(shù)據(jù)中心采用更高速的光模塊。行業(yè)朝著800G和1.6T的速度發(fā)展,同時注重低功耗驅(qū)動電路和通過2.5D/3D異構(gòu)集成實現(xiàn)的小型化。
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圖1:由AI推動的光模塊規(guī)格發(fā)展趨勢。
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; K% o0 g% j, v. r' ~根據(jù)Yole的預(yù)測,數(shù)據(jù)中心光學(xué)元件市場預(yù)計將快速增長。從2022年到2028年,市場預(yù)計將以24%的年復(fù)合增長率(CAGR)增長,而從2028年到2033年,增長率將更加顯著,達到80%的CAGR。這種增長主要歸因于AI和ML設(shè)備中不斷增加的數(shù)據(jù)量。% R9 @' _" K* {4 z F
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) C, T% V1 y; X- ]圖2:2022年至2033年數(shù)據(jù)中心光學(xué)元件市場的預(yù)計增長。
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光學(xué)集成的演變3 c9 a3 \) F9 |: W5 X) m2 V: H
光學(xué)集成領(lǐng)域正在發(fā)展,出現(xiàn)了幾種關(guān)鍵技術(shù):可插拔光模塊:目前的主流解決方案,支持100G、400G和800G傳輸速率。板上光學(xué)(OBO):這種方法將光學(xué)引擎放置在ASIC IC封裝周圍,以減少信號傳輸損耗。光電共封裝(CPO):將ASIC和光學(xué)引擎集成在同一基板上,進一步減少信號損耗和功耗。光I/O:將計算芯片(CPU/GPU)與光學(xué)引擎結(jié)合在同一載體上。
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5 M% A& N7 @1 e& r6 c) F. N圖3:從2020年到2025年光學(xué)集成技術(shù)的演變,展示了CPO的日益普及。
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光電共封裝(CPO)
1 g, L7 I; `7 Z8 a/ M+ XCPO作為未來高速光通信的一項有前途的技術(shù)正在獲得關(guān)注。通過將ASIC和光學(xué)引擎放置在同一基板上,CPO提供了多項優(yōu)勢:
: J# H( I+ j6 Q/ o/ `6 W減少信號衰減降低功耗降低成本更高的集成度
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3 }7 l* s* d9 l0 a圖4:Broadcom的51.2T CPO交換機,其中包含8個與ASIC集成的硅基光電子引擎。7 M1 @9 ?: Y) q) B) c5 c
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s$ r3 [" T( I硅基光電子
3 C2 {2 m# }5 X硅基光電子成為光通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。涉及使用硅半導(dǎo)體技術(shù)制造光學(xué)芯片。5 k/ ]& R9 N2 o8 V, b! u# |3 t
$ X; x3 h. S! [/ f% G: v光電子集成芯片將各種光學(xué)組件(發(fā)光、接收、分光、耦合、濾波)集成到單個芯片上,使用半導(dǎo)體制造工藝。這種技術(shù)允許在光子芯片內(nèi)進行光信號處理。( R7 d4 z8 g/ T3 X2 h V/ D! H
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- O+ b5 L5 l. x/ [' A9 q$ G5 ~圖5:該圖解釋了硅基光電子的概念及其在單個芯片上集成各種光學(xué)組件的方式。
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% Z. `; Z. y8 H4 _! d+ M6 v, |供應(yīng)鏈動態(tài)
2 O; F: B1 Z# c5 {/ v4 d向AI驅(qū)動的光通信轉(zhuǎn)變正在重塑行業(yè)的供應(yīng)鏈,主要參與者及其供應(yīng)鏈關(guān)系包括:+ r% T5 F+ Q' ]6 V
微軟/谷歌:整合來自聯(lián)亞(3081)、華星光(4979)、聯(lián)鈞(3450)和光圣(6442)的解決方案Marvell:與華星光(4979)和聯(lián)鈞(3450)合作亞馬遜:與世芯(3661)、智邦(2345)和奇鋐(3017)合作Broadcom:與眾達-KY(4977)合作Oracle:與聯(lián)鈞(3450)合作! h: {2 ]6 A3 _7 b. L0 R
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圖6:該圖表說明了2023年至2029年中國和其他地區(qū)光收發(fā)模塊的預(yù)計增長情況。 o! Q8 M( \# _
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挑戰(zhàn)和未來展望: ?* X/ p& }4 |( M( U7 P( r
隨著行業(yè)向更高速度和更集成的解決方案發(fā)展,出現(xiàn)了幾個挑戰(zhàn)和機遇:功率需求增加:51.2T交換機的下一代光學(xué)引擎將需要更高功率輸出的激光芯片,從400G的50mW提升到70mW或100mW。供應(yīng)商數(shù)量有限:隨著規(guī)格要求越來越高,能夠供應(yīng)先進激光芯片的公司數(shù)量正在減少。主要參與者包括美國IDM制造商、聯(lián)亞、英國的IQE和源杰科技。CPO的采用:預(yù)計從2025年開始,行業(yè)將增加對CPO技術(shù)的采用,臺灣積體電路制造公司(TSMC)在供應(yīng)鏈中發(fā)揮重要作用。
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2 n# K* U6 B+ W4 n圖7:該圖顯示了TSMC的硅基光電子供應(yīng)鏈,突出了各公司在生產(chǎn)光纖陣列單元(FAU)等組件中的作用。
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結(jié)論
* R( D( y9 W* Q) @- P: Y1 ZAI驅(qū)動的光通信轉(zhuǎn)型正在為行業(yè)創(chuàng)造新的機遇和挑戰(zhàn)。隨著數(shù)據(jù)中心對更高速度和更高效解決方案的需求增加,CPO和硅基光電子等技術(shù)變得越來越重要。能夠適應(yīng)這些不斷變化的要求并在不斷發(fā)展的供應(yīng)鏈中確保自己地位的公司將在未來幾年中處于有利地位。/ U! y: X( O+ X4 }0 A, ?! |
0 _1 Z. |2 |7 |5 ]800G成為主流光收發(fā)模塊以及英偉達Rubin系列推動硅基光電子和CPO需求的趨勢,凸顯了這一領(lǐng)域創(chuàng)新的快速步伐。隨著行業(yè)的持續(xù)發(fā)展,芯片制造商、光學(xué)元件供應(yīng)商和系統(tǒng)集成商之間的合作將在滿足AI驅(qū)動的數(shù)據(jù)中心和通信網(wǎng)絡(luò)不斷增長的需求方面起關(guān)鍵作用。% {7 X: y2 x& g& L. i
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參考文獻' `5 S: _' p+ s3 q0 S5 k
[1] S. Hsiao, "AI-driven optical communication specification upgrade beneficiaries - 800G/1.6T/CPO/Silicon Photonics," Yuanta Securities Investment Consulting Co., Ltd., Sep. 20, 2024.6 i# \* L# N" P* p& Q
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9 a% k7 Q7 J' |深圳逍遙科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計自動化(EDA)的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計和仿真軟件,提供成熟的設(shè)計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分別針對光電芯片、微機電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù),廣泛服務(wù)于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作,推動特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。% U# Y; h: s) U6 W+ k* T# q5 W/ q8 f
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