硅光技术成熟了

  ICC讯（编译：Nina）本文是Marvell在2024年4月举办的“人工智能时代的加速基础设施”（Accelerated Infrastructure for the AI Era）研讨会上发表的系列演讲的第四部分。

  硅光子学，一种用CMOS工艺制造光通信所需的数百个组件的技术，多年来一直被用于生产用于城域和长途通信的相干光模块。人工智能带来的日益增长的带宽需求现在为硅光子学进入数据中心打开了大门，以提高数据中心的经济性和能力。

  光模块的内部有什么？

  由于摩尔定律和其他因素，用于生产光模块的关键半导体，如数字信号处理器（DSP）、跨阻放大器（TIA）和驱动器等，都在随着芯片的迭代稳步提升其性能和效率。

  光学的情况就不一样了。调制器、多路复用器、透镜、波导和其他用于管理光脉冲的组件，历来都是作为分立部件提供。Marvell云光学执行副总裁兼总经理Loi Nguyen表示：“光学基本上使用的是零配件，这很难扩展。”

  激光器尤其具有挑战性，因为模块开发人员被迫在各种技术之间进行选择。电吸收调制（EML）激光器是目前唯一能够满足支持人工智能模型所需的每秒200G速度的商业可行选择。EML通常用于较长的链路，是1.6T光模块的首选激光器。EML激光器不仅产能有限，而且价格昂贵。总之，这些因素使得人工智能难以按所需的速度进行扩展。

  进入硅光子学

  与传统的光模块不同，硅光子学使用的是通用波长(Common Wavelength，CW)激光器，这种激光器更便宜，也更容易制造。Nguyen表示：“CW激光器就像一个灯泡，它只是不断地发光。它更容易生产，有多家供应商，且价格低廉。所有高速调制数据的魔力都发生在硅光子学中。”

  硅光子器件也可以在200毫米或300毫米的晶圆厂中生产。十年来，Marvell已经证明，硅光子可以大规模制造用于相干模块，这是很少有公司做到的。

图：硅光模块的结构（来源：Marvell）

  为什么是现在？

  举个例子：如果一个分立模块在一个芯片上有8个200G通道，那么它需要4个EML激光器才能以1.6T的速度运行。使用硅光子学，一切都是集成的，4个通道可以共享一个激光器，这意味着该模块只需要2个价格较低的CW激光器即可运行。集成硅光子学模块也更加可靠和可扩展。

图：硅光模块需要更少、更便宜的激光器来提供与分立激光器相同的带宽（来源：Marvell）

  他补充道：“更低的成本、更少的激光器和更高的集成度，意味着更高的可靠性和更好的可扩展性。当市场有巨大的吸引力时，集成总是会赢的。”

  硅光的未来

  今年3月的OFC展会期间，Marvell进行了一款6.4T 3D硅光引擎的现场演示，该引擎具有32个通道的200G电气和光学接口。该引擎将数百个组件集成到芯片中，包括将TIA和驱动放在同一设备上。该业界首款高度集成的硅光引擎是模块化的，可以从1.6T扩展到6.4T，甚至更高速率。考虑到集成，与分立解决方案相比，该引擎降低了每比特的成本，并创造了一个更具可扩展性的选择，以满足不断增长的带宽需求。

  3D硅光引擎将作为扩展光学的构建块，并在整个光学互连领域具有多种用例。第一个应用将是可插拔光模块，它将增加一个模块中可以放入的通道数量，从8个增加到16、32甚至64个。未来，硅光子学将实现共封装光学解决方案。最终，光子学应该会在Chiplet中找到归宿。

  人工智能将继续驱动这个世界，互连技术必须扩展以满足需求。通过将硅光子学引入数据中心，Marvell可以在提高可扩展性和降低成本的同时继续提供所需的带宽。

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