人工智能驱动的光通信

逍遥设计自动化

引言
本文探讨人工智能（AI）如何推动光通信技术的变革，关注光模块向更高速度升级以及光电共封装（CPO）和硅基光电子等新兴技术的发展[1]。

; ?$ l! r4 _0 {& j* W# {人工智能对光模块规格的影响
人工智能和机器学习（ML）的快速发展正推动数据中心采用更高速的光模块。行业朝着800G和1.6T的速度发展，同时注重低功耗驱动电路和通过2.5D/3D异构集成实现的小型化。

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图1：由AI推动的光模块规格发展趋势。

根据Yole的预测，数据中心光学元件市场预计将快速增长。从2022年到2028年，市场预计将以24%的年复合增长率（CAGR）增长，而从2028年到2033年，增长率将更加显著，达到80%的CAGR。这种增长主要归因于AI和ML设备中不断增加的数据量。
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图2：2022年至2033年数据中心光学元件市场的预计增长。
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/ U% S5 R) f7 k- o4 }光学集成的演变
光学集成领域正在发展，出现了几种关键技术：

可插拔光模块：目前的主流解决方案，支持100G、400G和800G传输速率。

板上光学（OBO）：这种方法将光学引擎放置在ASIC IC封装周围，以减少信号传输损耗。

光电共封装（CPO）：将ASIC和光学引擎集成在同一基板上，进一步减少信号损耗和功耗。

光I/O：将计算芯片（CPU/GPU）与光学引擎结合在同一载体上。
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* g- g7 t# }9 O6 B) [* B! {图3：从2020年到2025年光学集成技术的演变，展示了CPO的日益普及。


+ v, N/ p$ ]4 S# j) D7 W1 l' X光电共封装（CPO）
# F5 s- `0 D: G' h4 ~" |CPO作为未来高速光通信的一项有前途的技术正在获得关注。通过将ASIC和光学引擎放置在同一基板上，CPO提供了多项优势：

减少信号衰减

降低功耗

降低成本

更高的集成度
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5 Y8 ]* z+ e8 b7 {# ~* }! v图4：Broadcom的51.2T CPO交换机，其中包含8个与ASIC集成的硅基光电子引擎。
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硅基光电子
硅基光电子成为光通信领域的关键技术。涉及使用硅半导体技术制造光学芯片。

9 z! t( o0 c- r" K& D光电子集成芯片将各种光学组件（发光、接收、分光、耦合、滤波）集成到单个芯片上，使用半导体制造工艺。这种技术允许在光子芯片内进行光信号处理。
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+ Z. }# v% T3 w5 b7 z) i图5：该图解释了硅基光电子的概念及其在单个芯片上集成各种光学组件的方式。

& l+ r, G% m4 y* S6 {, d供应链动态
向AI驱动的光通信转变正在重塑行业的供应链，主要参与者及其供应链关系包括：
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微软/谷歌：整合来自联亚（3081）、华星光（4979）、联鈞（3450）和光圣（6442）的解决方案

Marvell：与华星光（4979）和联鈞（3450）合作

亚马逊：与世芯（3661）、智邦（2345）和奇鋐（3017）合作

Broadcom：与眾达-KY（4977）合作

Oracle：与联鈞（3450）合作
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' f; {  k1 i4 J图6：该图表说明了2023年至2029年中国和其他地区光收发模块的预计增长情况。


挑战和未来展望
随着行业向更高速度和更集成的解决方案发展，出现了几个挑战和机遇：

功率需求增加：51.2T交换机的下一代光学引擎将需要更高功率输出的激光芯片，从400G的50mW提升到70mW或100mW。

供应商数量有限：随着规格要求越来越高，能够供应先进激光芯片的公司数量正在减少。主要参与者包括美国IDM制造商、联亚、英国的IQE和源杰科技。

CPO的采用：预计从2025年开始，行业将增加对CPO技术的采用，台湾积体电路制造公司（TSMC）在供应链中发挥重要作用。
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( j, S0 C5 E% f4 f- ~$ Q7 G  ]图7：该图显示了TSMC的硅基光电子供应链，突出了各公司在生产光纤阵列单元（FAU）等组件中的作用。
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1 D  M' c$ K1 G& E结论
AI驱动的光通信转型正在为行业创造新的机遇和挑战。随着数据中心对更高速度和更高效解决方案的需求增加，CPO和硅基光电子等技术变得越来越重要。能够适应这些不断变化的要求并在不断发展的供应链中确保自己地位的公司将在未来几年中处于有利地位。

  G5 i. [" o- x$ h0 [1 ], Y800G成为主流光收发模块以及英伟达Rubin系列推动硅基光电子和CPO需求的趋势，凸显了这一领域创新的快速步伐。随着行业的持续发展，芯片制造商、光学元件供应商和系统集成商之间的合作将在满足AI驱动的数据中心和通信网络不断增长的需求方面起关键作用。
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: n4 W9 X; U) `. B5 G& u/ d4 _参考文献
[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.

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9 Z9 C9 }, J0 B, ^: v深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。
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