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)代的加速基礎設施”（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百個(gè)組件的技術(shù)，多年來(lái)一直被用于生產(chǎn)用于城域和長(cháng)途通信的相干光模塊。人工智能帶來(lái)的日益增長(cháng)的帶寬需求現在為硅光子學(xué)進(jìn)入數據中心打開(kāi)了大門(mén)，以提高數據中心的經(jīng)濟性和能力。

  光模塊的內部有什么？

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

  光學(xué)的情況就不一樣了。調制器、多路復用器、透鏡、波導和其他用于管理光脈沖的組件，歷來(lái)都是作為分立部件提供。Marvell云光學(xué)執行副總裁兼總經(jīng)理Loi Nguyen表示：“光學(xué)基本上使用的是零配件，這很難擴展?！?

  激光器尤其具有挑戰性，因為模塊開(kāi)發(fā)人員被迫在各種技術(shù)之間進(jìn)行選擇。電吸收調制（EML）激光器是目前唯一能夠滿(mǎn)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(cháng)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?？傊?，這些因素使得人工智能難以按所需的速度進(jìn)行擴展。

  進(jìn)入硅光子學(xué)

  與傳統的光模塊不同，硅光子學(xué)使用的是通用波長(cháng)(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)，有多家供應商，且價(jià)格低廉。所有高速調制數據的魔力都發(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(chǎng)中生產(chǎn)。十年來(lái)，Marvell已經(jīng)證明，硅光子可以大規模制造用于相干模塊，這是很少有公司做到的。

圖：硅光模塊的結構（來(lái)源：Marvell）

  為什么是現在？

  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(zhù)該模塊只需要2個(gè)價(jià)格較低的CW激光器即可運行。集成硅光子學(xué)模塊也更加可靠和可擴展。

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

  他補充道：“更低的成本、更少的激光器和更高的集成度，意味著(zhù)更高的可靠性和更好的可擴展性。當市場(chǎng)有巨大的吸引力時(shí)，集成總是會(huì )贏(yíng)的?！?

  硅光的未來(lái)

  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。該引擎將數百個(gè)組件集成到芯片中，包括將TIA和驅動(dòng)放在同一設備上。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擴展到6.4T，甚至更高速率?？紤]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)更具可擴展性的選擇，以滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的帶寬需求。

  3D硅光引擎將作為擴展光學(xué)的構建塊，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量，從8個(gè)增加到16、32甚至64個(gè)。未來(lái)，硅光子學(xué)將實(shí)現共封裝光學(xué)解決方案。最終，光子學(xué)應該會(huì )在Chiplet中找到歸宿。

  人工智能將繼續驅動(dòng)這個(gè)世界，互連技術(shù)必須擴展以滿(mǎn)足需求。通過(guò)將硅光子學(xué)引入數據中心，Marvell可以在提高可擴展性和降低成本的同時(shí)繼續提供所需的帶寬。

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