你信任光吗？ AI高潮引发硅光技能“芯”应用

集微网报道 （文/陈炳欣）天生式AI、大模子成为新一轮科技财产发展的智能底座，由此引发的巨大算力需求极大动员了硅光芯片等干系技能的进一步发展。据报道，此前台积电组建了一支约莫200人的研发团队，积极推进硅光子技能，并与博通和英伟达等大客户会商，共同开发干系技能应用；另一芯片巨头英特尔也致力于发展硅光芯片技能。SEMI推测，2030年举世硅光子学半导体市场规模将达78.6亿美元。受天生式AI等市场的驱动，硅光芯片正显现出广阔的发展远景。

高带宽传输代价凸显

硅光芯片是一种基于硅晶圆开发出的光子集成芯片，它利用硅光质料和器件通过特殊工艺制造集成光路，具有集成度高、资源低、传输带宽高等特点。早在1969年，硅光技能便由贝尔实验室提出。谷歌在2015年公布乐成研发出硅光芯片，并展示了其高速数据传输和处置惩罚的本领。可在随后的几年里，谷歌并未公开公布任何关于硅光芯片技能的实质性希望。

但随着比年AI技能快速发展，带来数据处置惩罚和传输需求急速增长，硅光芯片技能表现出其在实现高效、快速、低资源处置惩罚和传输大量数据方面的代价。台积电体系集成电路副总裁余振华表现：“假如我们可以大概提供良好的硅光子整合体系……我们就可以办理AI的功耗和盘算本领的关键标题。这将是一个新的范式变革。我们大概正处于一个新期间的开端。”余振华指出，一个更好、更集成的硅光子体系是运行大型语言模子（支持ChatGPT和Bard等谈天呆板人的技能）和其他人工智能盘算应用步伐所需的强盛盘算本领的驱动力。

消息称，台积电将在2025年大规模量产硅光芯片，重点结构数据中心应用。台积电此前已推出COUPE（紧凑型通用光子引擎）封装技能，可以低落芯片功耗、提升带宽，其也在相助开发下一代硅光子芯片，干系制程技能涵盖45nm至7nm，预计最快将于2024年下半年迎来大单。

英特尔也在致力于发展硅光芯片技能。比方，英特尔提出的光电共封装办理方案利用了DWDM（麋集波分复用）技能，可以大概在增长光子芯片带宽的同时缩小尺寸。英特尔还提出可插拔式光电共封装方案，该方案是利用光互连技能，让芯片间的带宽到达更高程度。同时，英特尔还在研发八波长分布式反馈激光器阵列，以提升大型CMOS晶圆厂激光器制造本领，实现光互连芯粒技能。

光传输、光传感应用远景广阔

硅光技能之以是开始受到业界广泛器重，与其在数据中心、高性能盘算（HPC）、人工智能和呆板学习、激光雷达等范畴所显现出巨大的应用潜力息息干系。此中，数据中心光通讯又是当前硅光最大的应用市场。根据北京大学电子学院研究员、博士生导师常林的先容，在已往约莫10年间，受互联网大数据、高性能盘算驱动，数据中心光模块的传输带宽根本保持了每两年翻一番的更新速率，特殊是本年以来AI大模子高潮发作，对数据中心的传输带宽速率提出更高的要求。这使数据中心光模块成为硅光技能最重要的一个应用场景。

据相识，在现在的数据中心场景下，云提供商如Facebook、腾讯等正转向大规模数据中心，通讯速率正由100G、200G向400G、800G、1.6T、3.2T迭代，而且迭代周期连续收缩。微软内部数据中心互连有高出40%是基于硅光芯片实现。

更进一步地，硅光技能还可以应用于处置惩罚器内核之间，大幅改善内核间的数据传输速率，以及传输功耗。速率提升以致可达100倍以致更高。在芯片技能的发展过程中，芯片互连是现在的技能瓶颈之一。随着芯片制程的渐渐缩小，互连线引起的各种效应成为影响芯片性能的紧张因素。当芯片越做越小时，互联线也须要越来越细，互连线间距缩小，电子元件之间引起的寄见效应也会越来越影响电路性能。常见的互连线质料诸如铝、铜、碳纳米管等，这些材质的互联线都会碰到物理极限，假如通过光举行互连则没有这方面的标题。因此，当摩尔定律正在渐渐走向止境之际，硅光技能依附高传输速率、高能效比、超低耽误方面的上风，开发出一条新的赛道。

撤除在通讯方面的应用之外，硅光技能在光传感范畴也有着巨大的发展潜力。常林表现，传统的激光雷达最大的标题在于体积与资源。这也限定了它在汽车等行业的利用。通过硅光技能可以把激光雷达体系做到芯片级别，在大幅缩小体积的同时，还可以低落资源至几千元以下。这使得面向主动驾驶的激光雷达，成为硅光芯片技能的另一个紧张增长点。此前，北京大学电子学院王兴军教讲课题组-常林研究员课题组研制出硅基片上多通道混沌光源，提出了一种基于混沌光梳的并行激光雷达架构。该项技能在攻克激光雷达抗干扰和高精度并行探测这两个天下性困难，包管高性能高安全的同时，还极大低落未来激光雷达体系体积、复杂度、功耗和资源，对于推动硅光技能在光传感范畴的应用有极大的促进。

产学研协同推进中国硅光发展

中国在硅光技能方面的研究起步较晚，真正开始大规模研究是在2010年左右。但随着比年来在人才与资金上的大量投入，与国外厂商的差距正在渐渐缩小。集微咨询以为，中国硅光财产发展时机惆怅。中国拥有举世最大的光通讯市场，但国产光通讯器件占比力低，光模块芯片的国产化备受关注。现在，中国光模块公司正通过并购/自研加快结构上游芯片范畴，进步自给率。

华为、阿里等公司现在都在积极推进硅光芯片的研究开发。据相识，在本年的“达摩院青橙奖”的入围名单中就包罗了硅光芯片的研究项目。青橙奖由阿里公益、阿里达摩院于2018年发起，重要面向不高出35岁的年轻学者。已往5年已支持50多位顶尖青年学者，每人得到了自由支配的100万奖金和达摩院的科研支持。

对此，常林指出，推进硅光技能的研发与财产化进程，须要产学研应等多方面力气的相互共同，特殊是当一项技能开发进入到相对成熟阶段之后，更加须要与财产相联合，须要社会资源的鼎力大举推动，才气把技能进一步推向更广阔的层面，在市场上举行查验。现在，硅光芯片的财产化进程正在睁开。然而，与集成电路的加工依靠于高精度制程差异，光子芯片加工的核心是各种差异的功能质料的集成。开发职员如安在芯片上实现多质料集成，从而支持应用，都是须要进一步探索的方向。这些工作都须要应用端的牵引，只有在应用的过程中，开发职员才气找到真正的需求点，相识器件性能的改进方向。