大會風采

　　由杭州市會展集團、易貿汽車聯合舉辦的2024光電合封CPO及異質集成前瞻技術展示交流會在業(yè)界同仁的鼎力支持下于9月27日在杭州隆重召開，繼續(xù)攜手半導體材料供應商、光芯片廠商、光器件廠商、光模塊廠商、交換機、OSAT、系統(tǒng)集成商、散熱解決方案商、測試&驗證廠商、科研院所、數據中心運營商等上下游產業(yè)企業(yè)、科研機構、企業(yè)和政府部門代表等300余位與會專家，共同深入探討硅基光電子異質集成技術及CPO的最新進展、應用實例和未來發(fā)展方向。

　　核心議題搶先預覽 /key Topics

　　◆CPO技術的出發(fā)點和目標是否實現?

　　◆業(yè)界始終沒有下定使用CPO決心的主要原因?

　　◆CPO對產業(yè)鏈的影響如何巨大?

　　◆AI算力集群對CPO有什么需求?

　　◆CPO技術標椎?

　　◆英特爾和思科如何針對CPO發(fā)展布局?

　　◆CPO技術發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)?

　　◆光I/O技術如何發(fā)展?

　　◆多材料的異質集成工藝如何發(fā)展?

　　◆CPO 和OIO技術的區(qū)別、應用和瓶頸?

　　◆光子集成技術在AI驅動的分布式算力集群架構中的應用?

　　◆CPO交換機發(fā)展機遇和如何落地?

　　◆薄膜鈮酸鋰光電芯片以及硅基異質集成?

　　圍繞上述話題，由來自Lightcounting、中國計算機互連技術聯盟（CCITA），無錫芯光互連技術研究院，中科院計算所、華中科技大學集成電路學院和武漢光電國家研究中心、北京大學電子學院、英特爾、中興通訊、Cisco、北京郵電大學集成電路學院、蘇州海光芯創(chuàng)光電、新華三、浙江大學光電科學與工程學院研究院等企業(yè)的技術領頭人和產品專家為大家分享他們對行業(yè)的深刻解讀。

　　精彩發(fā)言回顧

　　9月27日上午

　　光電合封CPO及異質集成技術專場

　　27號上午大會首先亮相的重磅演講嘉賓由來自國際知名專業(yè)機構Lightcounting，分析師，曹麗女士以《CPO的發(fā)展與趨勢分析》為主題進行精彩剖析。她首先回顧了CPO提出的目標和發(fā)展的情況，CPO提出的初衷主要是降低功耗，目標是超過30%,從這個方面看是達到了目標，并且這幾年CPO技術也一直在進步。但是由于客戶對可靠性和可維護性等問題的擔心，以及可插拔技術路線的進步(單通道達到200Gb/s,LPO低功耗方案的提出)CPO的規(guī)模商用進程被往后推遲。但是CPO技術路線也沒有放棄進一步努力。以博通為例,它在今年夏天的一次會議上視頻演示了它的CPO生產流程，高度自動化生產和測試流程，有望將CPO的可靠性水平提高到符合期望。

　　另外一個機會點是AI帶來的，這是該演講的第二部分內容。曹麗介紹了AI發(fā)展的現狀，以及從芯片到集群層面互聯上存在的瓶頸。整體上來講，從芯片內部Die to Die 互聯，計算到存儲單元互聯，到XPU-XPU之間的互聯上都有很大的改善空間，主要是在帶寬密度和功耗效率方面。業(yè)界為了解決這些問題進行了創(chuàng)新，光IO是一個新方向。

　　光IO技術和CPO技術有差異但是也有共性，包括它們都使用硅光方案，以及需要高密度的封裝技術。可以說Intel在做的OCI和Broadcom發(fā)布的芯片上的光IO，這些都是光電共封裝的新形式。從這些方面看，這與可插拔模塊也并不矛盾，可插拔模塊使用硅光方案的比例也越來越高了。

　　最后曹麗分享了Lightcounting的幾個相關預測數據，包括對CPO的預測以及硅光的預測等。Lightcounting對CPO/OIO的市場比較有信心，相信客戶會逐漸開始嘗試使用并促進技術到市場的成熟。

　　數據中心容量快速增長推動光模塊速率持續(xù)增加，過去12年通信速率的增長需要推動著交換機帶寬每兩年翻一倍，光模塊的帶寬以及封裝形式也持續(xù)保持演進。當前生成式AI的火熱推動了大規(guī)模數據中心的建設，進而催生了高速光模塊的海量需求。

　　隨后出場的特邀嘉賓由來自中國計算機互連技術聯盟（CCITA）秘書長，無錫芯光互連技術研究院院長，中科院計算所研究員，郝沁汾先生帶來題目為《后摩爾時代的芯片級光互連技術與中國CPO技術標準》的精彩發(fā)言。

　　其首先表示傳統(tǒng)光模塊難以滿足未來帶寬和功耗的增長，光電共封裝（CPO）應運而生，它是一種區(qū)別于傳統(tǒng)基于可插拔光模塊的封裝技術，它是將光器件、驅動芯片與業(yè)務專用集成電路集成在同一封裝基板上的光電融合技術。根據Yole預測，CPO預計在2030成為主導技術。隨后其對我國原生CPO標準概況展開詳細陳述，相較于其他標準組織，我國標準還制定了服務器側網卡的光學引擎規(guī)格(400Gbps)等。

　　其指出CPO場景中未來可能都將采用線性直驅光學引擎方案，線性直驅標準已經完成立項擬制訂統(tǒng)一的接口規(guī)格，而研究院正在牽頭制訂《線性直驅光模塊互連技術要求》團體標準，標準已于2024年4月正式立項。其表示Switch、服務器都能在LPO中實現低BER互連，當前標準工作組正在與盛科/希烽/立訊/熹聯/協同測試LPO模塊，仍然需要更多模塊廠商的參與。

　　隨后其系統(tǒng)展開了對CPO技術發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)的深度剖析，首先其指出連接器生態(tài)是CPO大規(guī)模商用需要解決的最主要問題，CPO交換機需要克服巨大的散熱挑戰(zhàn)，仿真表明在5m/s的風速下, 16個CPO 模塊 (2 x 800G optic transceiver chip), 交換芯片的溫度可以達到 151.76℃。同時光電芯片合封需要解決不同材料間的熱應力問題，光電合封過程的復雜性與材料特性導致還存在可靠性風險，例如PIC 多為SOI、III-V材料，硬度較低，脆性較強，合封過程PIC往往需要與多種材料接觸，造成極大的可靠性風險。

　　然而適合CPO場景的光芯片組件有待成熟，偏振不敏感端面耦合器、超緊湊低功耗微環(huán)調制器、波導型PIN PD、SOI片上Mux/DeMux組件有待Foundry開發(fā)成熟PDK。目前大部分硅光芯片設計企業(yè)推出的產品僅適用于可插拔光模塊，CPO場景對硅光器件的尺寸要求極為嚴格，然而這些器件流片僅被極少數硅光Foundry掌握，這依賴于新的設計和工藝來克服當前的技術挑戰(zhàn)。

　　接著其指出CPO模塊尺寸小需要更高集成度的光電子芯片設計，當前商用分立硅光芯片仍然難以滿足CPO場景，依賴于Foundry和硅光芯片設計廠商的共同推動。倒裝硅光光芯片有待成熟，倒裝硅光芯片相較于WB硅光芯片在高集成度、尺寸小、頂部散熱等方面具有顯著的優(yōu)勢，然而硅光芯片中的TSV工藝仍存在挑戰(zhàn)。其強調開發(fā)適配可插拔光學連接器的耦合封裝工藝勢在必行，CPO光學引擎缺乏統(tǒng)一的可插拔光纖連接器，這將對耦合工藝方案的開發(fā)提出了新挑戰(zhàn);單個CPO交換機的高通道數對耦合封裝良率提出了極高要求。

　　最后其對現有工作做了詳細介紹，包括1.6T CPO模塊開發(fā)情況，其表示1.6T光學引擎，采用線性直驅技術，基于4×400G架構，單通道100Gbps速率，基于COB方案。其表示研究院目前在CPO技術開發(fā)上已具備全套技術開發(fā)能力。

　　由于光本身并不具備實用化的全光控制和存儲能力，目前任何實用化的集成光路必然有電的參與。不管是傳統(tǒng)光電系統(tǒng)還是新興的光電融合芯片，電的參與均是必須的。兩者的區(qū)別并不在于是否有電的參與，而在于光與電結合的程度和方式。

　　光電合封CPO及異質集成大會第三位特邀演講嘉賓由來自華中科技大學集成電路學院和武漢光電國家研究中心雙聘教授，博導，譚旻先生針對《面向智能計算的多通道光互連研究進展》為主題做了系統(tǒng)闡述。其首先對智算光互連芯片發(fā)展趨勢進行深入剖析，表示單芯片算力和模型規(guī)模帶來的算力需求存在失配，兩者鴻溝不斷擴大。通過硬件進行算力堆疊是主流途徑，國際大公司均在開展相關研究。隨著互連速率不斷提升，但是受限于物理傳輸極限和封裝功耗，電互連難以持續(xù)。

　　光學互連，特別是近幾年興起的光I/O技術能夠實現更好的帶寬功率密度，有望成為數據中心互連的顛覆性方案。其指出除一次性制備成本外，還有功耗成本，長期使用則光I/O方案有望全面超越其他方案，規(guī)模能夠降低成本，但是長期可靠性是重要挑戰(zhàn)，光I/O與IPoser呈兼容關系，需要和OIO結合使用。智算光互連多通道發(fā)展趨勢是單通信速率有限，多維多通道是未來發(fā)展趨勢。

　　接著其介紹到多通道微環(huán)光I/O技術關鍵環(huán)節(jié)包括：系統(tǒng)芯片、建模仿真、參數穩(wěn)定、模擬前端、高效供電、先進封裝、散熱管理、量產測試等。隨后其介紹到光電融合層級與鏈路級光電融合，鏈路級建模仿真必要性，其表示閉環(huán)是關鍵，EDA平臺兼容緊湊建模是核心問題，并對光器件緊湊建模7大關鍵挑戰(zhàn)做了詳細解析。隨后其對多維光參數閉環(huán)控制技術展開系統(tǒng)陳述，其表示光參數穩(wěn)定性根源：制備隨機性+動態(tài)隨機性，最后其針對智算光互連技術未來進行系統(tǒng)展望，強調性能不斷提升的光互連有望突破馮諾依曼瓶頸。

　　其總結到多維微環(huán)光IO是主流路徑，提前布局方能贏在起跑線，而光電融合技術演進路線圖規(guī)律是：器件(device)->回路(circuit)->系統(tǒng)(systems)，最后其強調光電信息產業(yè)，特別是光電融合芯片，是有條件率先實現突破的高技術產業(yè)。光電全集成并不是發(fā)展光電融合芯片設計的前提條件。通過封裝混合集成的形式滿足實用化需求，同時通過規(guī)�；�生產降低成本，形成利潤收入后再投入技術升級逐步邁向片內融合，才可能最終形成產業(yè)迭代。

　　近些年來硅光異質異構集成技術吸引了廣泛的關注。該技術路線以硅作為襯底，結合了不同材料的集成，即發(fā)揮了硅大尺寸晶圓的量產優(yōu)勢，又滿足了多種功能的需求。目前以Intel為代表的先進硅光產線已經成功實現了硅基三五族異質集成平臺的構建，實現了包含激光器與放大器的全集成硅光芯片的量產。

　　接下來發(fā)言的特邀嘉賓由來自北京大學博雅青年學者，電子學院研究員，助理教授，博導，常林先生以《異質集成硅光技術》為主題做精彩介紹, 其首先指出硅光技術的最終目標是芯片化、大規(guī)模量產所有的光學系統(tǒng)(萬億規(guī)模)，根據Yole的預計，硅基光電子將長期保持35%以上的年化增長率，其應用的范圍也將從目前數據中心通信占主導，逐發(fā)展為高性能計算、自動駕駛、生物醫(yī)療等領域多點開花的局面。

　　其表示光子芯片: 完整的光學系統(tǒng)所需的功能一般需要多種材料來實現，因此需要多材料的異質集成工藝，多材料集成是當前硅光技術發(fā)展的最大瓶頸之一，隨后其對異質集成硅光平臺做了詳細剖析，其介紹到晶圓級別硅基異質集成平臺所有工藝均為晶圓級別，面向未來的大規(guī)模量產。而近年來快速發(fā)展的各種材料，如超低損耗的氮化硅、具有高效電光調制效應的鈮酸鋰/鉭酸鋰、磁性材料等，也紛紛在硅基上實現了集成和晶圓級別加工。得益于這些平臺，新型的集成器件也紛紛涌現，如超窄線寬激光器、微腔光頻梳、高性能電光調制器等，極大提升了集成光學的性能。多種集成方式結合的硅光工藝包括沉積、晶圓鍵合、芯片鍵合等，多材料異質集成平臺是多種材料結合，滿足不同應用需求.

　　隨后其對先進集成光源技術展開系統(tǒng)解說，介紹到多材料芯片化激光器具有高品質因子, 高非線性, 可調諧能力強的優(yōu)勢，其表示集成光學的高Q微腔與激光器的耦合，可以帶來了一系列的優(yōu)勢，包括：壓窄線寬，降低噪聲、 高非線性、調諧能力、隔離器(基于非線性)，氮化硅與磷化銦集成的激光器突破了傳統(tǒng)激光器的噪聲局限性，實現了亞Hz線寬的的片上光源。

　　氮化硅與磷化銦的集成實現了光頻梳的芯片化和晶圓級別的生產工藝，有望極大拓展光子芯片的應用。鈮酸鋰與磷化銦集成的激光器突破了傳統(tǒng)激光器的調諧限制，實現了調諧速度超過100MHz的FMCW激光器。磷化銦與氮化硅的集成，實現了基于非線性效應的集成隔離器，在片上激光器的功率下，隔離度達到了14dB以上。

　　在應用領域異質集成硅光技術將賦予集成光路高性能光源、高性能調制器、高效率非線性器件、低損耗波導等一系列能力，進而實現高度復雜的片上光學系統(tǒng)。同時異質集成硅光技術為精密測量系統(tǒng)的大規(guī)模量產和普及提供了可能！最后其對異質集成硅光平臺解鎖光子芯片新應用做了系統(tǒng)介紹。其表示新一代的硅基光電子技術，也必將覆蓋更為廣闊的應用，我們可以將更多體積龐大、價格昂貴的光學系統(tǒng)，如光學原子鐘、大規(guī)模光量子計算機等，從實驗室的專屬設備推進到消費級的小型化產品，從而在后摩爾時代，成為芯片產業(yè)發(fā)展的關鍵力量。

　　行家焦點訪談

　　接下來進入本次大會最具看點之一的行家焦點訪談，由華中科技大學集成電路學院和武漢光電國家研究中心雙聘教授、博士生導師，譚旻，中國計算機互連技術聯盟（CCITA），秘書長，無錫芯光互連技術研究院院長，中科院計算所研究員，郝沁汾、某激光雷達企業(yè)，技術專家，王雷、新華三技術有限公司，光模塊硬件開發(fā)工程師，阮祖亮、中興通訊股份有限公司，CPO技術預研總工湯寧峰、蘇州海光芯創(chuàng)光電科技股份有限公司，首席科學家，陳曉剛共同參與，圍繞多個話題展開了熱烈討論。

　　討論話題圍繞光電I/O技術等熱點話題多角度進行了深入的探討，深入行業(yè)痛點的精彩對話為現場嘉賓帶來了深刻的啟迪。

　　圓桌訪談詳細干貨內容由智車行家整理后續(xù)將陸續(xù)發(fā)布，敬請期待!

　　9月27日下午

　　光電合封CPO及異質集成技術專場

　　服務器之間的數據傳輸正在不斷增加，當今的數據中心基礎設施難堪重負。目前的解決方案正在迅速接近電氣I/O性能的實際極限。然而，借助英特爾的這項突破性進展，客戶能夠將硅光共封互連方案無縫集成到下一代計算系統(tǒng)中。英特爾的OCI芯粒大大提高了帶寬、降低了功耗并延長了傳輸距離，有助于加速機器學習工作負載，進而推動高性能AI基礎設施創(chuàng)新。

　　27號下午光電合封CPO及異質集成大會首位出場的重磅演講嘉賓由來自英特爾，集成光學產品總監(jiān)，Marcus Yang先生針對《Introduction of Silicon Photonics and Emerging Applications in Al Infrastructure and more》為主題方向做精彩解讀，其首先系統(tǒng)介紹了硅光子學技術發(fā)展背景，其表示未來的計算平臺需要面向AI實現擴展，因而需要指數級提升的I/O帶寬和更長的傳輸距離，以支持更大規(guī)模的處理器(CPU、GPU和IPU)集群，和資源利用更高效的架構， 硅光子學(SiPh)是一種通過使用硅作為產生、操縱和檢測光的介質來結合光學和電子學領域的技術。20世紀最重要的兩項發(fā)明的結合——硅集成電路和半導體激光器 ，成本更低，集成度更高，其優(yōu)點是使用成熟的CMOS工藝的光子學，能夠引導，調制和檢測光。

　　英特爾在領先的CMOS晶圓廠的300毫米硅晶圓上開發(fā)，其硅光子技術是一個成熟的平臺，技術上采用激光器和SOA集成——在成本、功耗、噪音和可靠性方面優(yōu)于外部方法，采用先進封裝，在標準SMF上工作(不需要PMF)，SiPh利用兩大技術，CMOS硅lC和半導體激光器。 其表示英特爾片上激光器的好處，低耦合損耗。目前各個通道波長激光器出光功率在80C可以達到25mW，激光器波長偏差小于15GHZ，同時片上集成的SOA可以達到>14dB增益。最大挑戰(zhàn)是可靠性，目前可以達到0.1FIT@30K激光器數量，優(yōu)于數據中心標準規(guī)定的1FIT。英特爾針對100G/200G/400G/800G的硅光平臺已經出貨>8M pcs

　　針對硅光1.6T光模塊，采用8*200G DR8或200G 2xFR4 CWDM方案，全集成有源無源器件，包括激光器、調制器、探測器、波分復用器、模式匹配邊緣耦合。預計2024年底送樣。該結果已經在OFC2024上進行展出212G/lane Tx PIC demo，調制器帶寬達到42GHz，ER達到4.3dB，TDECQ=1.75dB。其特地提了一下光接口方案，區(qū)別于傳統(tǒng)的光纖直接對接方案，其采用玻璃橋方案，能夠實現可插拔光接口，具有高密度，高可擴展，高可靠性，高良率特點。

　　英特爾憑借獨特而成熟的平臺成為SiPh的先鋒。具有片內激光器、SOA和豐富的lP產品組合。英特爾SiPh實現了行業(yè)最高的產量、領先的質量和可靠性。SiPh作為新興應用中的關鍵角色 ，對于人工智能基礎設施至關重要:例如，HPC需要新的光纖輸入/輸出解決方案 集成光子學可以提供:光子ic內的異構集成、與電子IC的更大集成以及與主機的更緊密集成， 新的應用可以推動銷量上升和成本下降，從而加速良性循環(huán) 。

　　英特爾為戰(zhàn)略客戶提供其獨特的SiPh平臺，以開發(fā)定制光電芯片。通過PlC與EIC的異構集成，提供OCl/CPO解決方案，實現與主機的更緊密連接。此外英特爾還展示同類最佳的FMCW激光雷達。這些新的應用場景可以提高容量，降低成本，加速良性循環(huán)。英特爾提供可插拔收發(fā)器組件和OCI/CPO解決方案， 英特爾獨特的SiPh平臺現已面向戰(zhàn)略客戶開放，共同開發(fā)customPhotonicslC和ElC。

　　對CPO來說，從MS和FB提出來這個概念后，就是解決數據中心可插拔光模塊的功耗問題，就是說，它是pk可插拔光模塊的。CPO需要遵循可插拔光模塊的一系列標準，DR、FR、SR等等。在電鏈路層面，由于芯片的扇出pin是受限的，switch的serdes一直按照28、56、112、224的速率向上走的。CPO在51.2T階段是112G/lane@pam4，102.4T階段則是224G/lane@pam4。容量是通過增加serdes的速率達成的。

　　OIO則沒有上述的這些歷史包袱，它需要關注的是switch內部的數據的速率，目前是16G、32G等。就是說OIO可以直接同步switch內部的并行數據的總線。總的帶寬可以通過光的不同波長來實現，OIO在一定范圍內的帶寬的擴展是沒有能量代價的，這是一個非常難得的優(yōu)勢。

　　隨后由大會特邀出席的演講嘉賓來自中興通訊股份有限公司，CPO技術預研總工，湯寧峰先生以《CPO 和OIO的應用和挑戰(zhàn)》為主題做系統(tǒng)闡述。其首先系統(tǒng)分析了CPO 和OIO技術的發(fā)展趨勢，2019年3月，微軟和Facebook領導發(fā)起的Co-Packaged Optics Collaboration，是從封裝的角度定義未來的光模塊;而于2015年由Ayarlabs發(fā)布第一款光學I/O通信的CPU芯片，則正式開啟了從互連方式的角度定義的光模塊的時代。兩種方式均是為了進一步優(yōu)化功耗、成本、延時等特性，應用場景卻不盡相同，但作為片間互聯，OIO比CPO的市場空間更大。

　　展望未來的應用場景，102.4T 交換將是CPO光互聯的節(jié)點，但CPO面臨的困境依然存在，包括生態(tài)鏈（供應商與客戶）、高密度集成的技術和規(guī)模的測試等等，還待業(yè)界共同努力，但針對業(yè)界提到的可靠性問題， CPO交換機具備絕對的優(yōu)勢(CPO交換機的可靠性提升了35倍)。而OIO當前已經有越來越多的企業(yè)開始布局，包括Nvidia, Ayar， Broadcom，Microsoft，Intel,GF,TSMC等，但依然面臨著PCIe光口、UCIe光口以及光源的標準制定，以及新興技術，如空芯光纖、量子點光源等的進一步開發(fā)和成熟。

　　硅基光電子與微電子技術的融合，使得光路與電路的芯片級大規(guī)模集成成為可能�；�于光電協同設計的光電融合集成芯片不僅是光-電轉換和高速收發(fā)的關鍵，還可構建光電閉環(huán)，實現關鍵光學參數調控，應用場景除了滿足當前高速光通信的互連需求外可進一步擴展至超級計算、微波光子、光學智能運算、量子信息處理等相關應用。本報告聚焦于新型器件高帶寬、高密度集成需求下的專用電路和光電集成芯片，圍繞光電融合、協同設計方法進行研討并簡單介紹相關工作進展。

　　27號下午光電合封CPO及異質集成大會第三位出場的演講嘉賓由來自北京郵電大學集成電路學院，特聘研究員，石涇波先生以《面向新型互連應用的光電融合集成芯片及系統(tǒng)》為主題做精彩解說。

　　其首先介紹了“光進銅退”背景，隨著信息技術的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的銅纜布線系統(tǒng)在性能和成本上逐漸暴露出諸多不足，金屬走線(信道)的高頻衰減非常嚴重，為補償信道損耗需付出的功耗指數型增長，高頻損耗大部分轉化為熱量，高密度集成更加嚴重，為應對這一挑戰(zhàn)，革命性解決方案——“光進銅退”技術應運而生，該技術顯著降低了布線成本。

　　隨后其介紹了光互連傳輸技術在多個領域有廣泛的應用場景，主要包括以下幾個方面：數據中心內部互連、人工智能和大數據應用等，光互聯作為一種新的互聯方式，具有極高的通信帶寬，極小的功耗，能夠很好地解決電互聯發(fā)展受限的問題�？梢杂迷诔�大��(guī)模數據中心、AI/ML &高性能計算、自動駕駛等領域，其提到電學互連逼近傳輸的瓶頸，傳輸速率~2x/3~4年，后摩爾時代微電子工藝演進放緩，超速率下損耗飛速增加，帶來額外成本及散熱開銷，互連接口己經成為當前限制系統(tǒng)性能的主要瓶頸，隨后其談到互連網絡面臨的挑戰(zhàn)：當前系統(tǒng)性能提升的主要瓶頸在于致據傳輸，傳輸速率、傳輸容量、信號處理 、互連功耗都互相影響。

　　而硅基光電子技術基于硅基光電子技術可以實現晶圓級的大規(guī)模光電集成、更高的帶寬密度、更低功耗更優(yōu)的成本控制，隨著通信及計算對數據傳輸容量及速率提出了更高的需求，AI等應用的算力網絡對互連速度需求更加迫切。當前算力網絡的互連帶寬遠遠滯后于計算能力的提升，成為系統(tǒng)主要瓶頸。片上/片間光互連的優(yōu)勢(潛力)逐步體現，光電互連在能效、延時、帶寬上的優(yōu)勢逐步顯現。隨后其強調計算光互連:發(fā)展?jié)摿�巨大，目前研究進展:800G光電融合集成發(fā)射機(光引擎)，面向光電共封裝(CPO)集成的高密度發(fā)射機光引擎，光引擎內集成一顆16通道PIC(MZHHPD)及兩顆8通道CMOS EIC。

　　最后其總結到光電融合是光與電的專用芯片的集成，兩者缺一不可。不是傳統(tǒng)光通信電路向新的應用系統(tǒng)的移植;而是基于新器件、新架構的定制型光電融合。光電融合不但是光芯片與電芯片設計上的融合，隨著集成技術的進一步發(fā)展其可延伸到更深層次（工藝線）混合集成是光電融合實用化的必經之路，而光電單片集成是其未來發(fā)展方向。

　　數據中心光互聯市場需求及AI發(fā)展帶來的新機遇， AI大模型帶來的算力增長在過去7年里保持每年10倍的增速;基于硅光芯片的800G及以上速率的光模塊將是未來光模塊的主流技術路徑;目前尚未有量產的全國產(設計、制造、封裝等核心過程等完全在中國境內完成)硅光芯片;光子芯片無需特別先進的半導體制備工藝，國內外技術差距相對接近，技術應用的前景極為廣闊，國內市場容量大，是中國半導體工業(yè)彎道超車的理想領域。

　　接下來亮相的重磅嘉賓由來自蘇州海光芯創(chuàng)光電科技股份有限公司，首席科學家，陳曉剛先生以《光子集成技術在AI驅動的分布式算力集群架構中的應用》為主題做系統(tǒng)剖析。其首先針對光子集成技術發(fā)展趨勢做系統(tǒng)剖析，其表示光子集成與微電子集成都是通過先進的半導體芯片加工工藝將微小尺度的物理器件集成在芯片上形成功能強大的系統(tǒng)。集成系統(tǒng)中器件的物理尺寸縮小與芯片功能的增強都基本遵循指數增長的摩爾定律(或類摩爾定律)。摩爾定律不是客觀的自然規(guī)律，而是科技、商業(yè)和資本相互協同，緊密合作的成果。

　　對比AI算力增長和芯片間的光互聯帶寬提升，其表示電芯片間的通訊帶寬是制約AI時代算力持續(xù)增長的最關鍵的瓶頸，其詳細介紹了光電共存的互聯技術的現狀，表示CPO技術不僅繼承了傳統(tǒng)硅光互連技術的所有優(yōu)勢，還通過優(yōu)化封裝結構和工藝，解決了傳統(tǒng)技術路線面臨的關鍵挑戰(zhàn)，被視為下一代硅光互連技術的重要發(fā)展方向。其表示AI時代計算機體系架構的演進：超高帶寬、超低延時的芯片間的高速通訊技術是確保AI時代算力持續(xù)增長的核心，針對AI驅動的分布式計算機體系架構其表示以XPU資源池+超高速通訊網絡為主體的分布式架構是支持未來AI和超算發(fā)展最自然也是最優(yōu)的選擇。

　　未來的連接主板將是光電一體化的，電學部分由PCB為所有光電芯片提供電源和時鐘信號，高速信息的縱向互聯(3D堆疊的芯片間互聯，scale up，<1 inch)仍使用電學高速并行連接，而所有橫向互聯(從片間到板外互聯， scale out， >1 inch)全部通過硅光主板實現超高帶寬(> 5Tbps)、超低延遲(<1ns)和超低功耗(<200fJ/bit)的光學互聯。其強調光電混合集成主板是中國可以繞過目前和可以預見的未來國外半導體最先進制程技術封鎖的一項關鍵技術。

　　對于非接觸式三維光子集成，其對3D光學耦合的方案做了系統(tǒng)簡介，其表示異質集成技術的發(fā)展已經可以涵蓋更多的光譜范圍拓寬了其應用領域。CPO的最大優(yōu)勢在于降低每比特信息的傳輸能耗，UCSB和Intel的方案是目前唯一在工業(yè)化量產中使用的光源與硅光芯片異質集成的方案，最后其對新型3D光子芯片集成方案優(yōu)勢做了系統(tǒng)解說。

　　當前AI應用蓬勃發(fā)展,大模型應用催生超大規(guī)模算力需求,網絡作為關作為數據交互的基礎支撐,將加速向高帶寬、低功耗、低時延方向演進。著眼底層技術,高速傳輸與低功耗之間的平衡是永恒的難題,基于能效和成本的考量,CPO站上風口,或將成為AI高算力需求下降低能耗、成本的必由之路。由于數據中心內部流量極大,通常采用無阻塞網絡架構,該架構高度依賴單端口速率,800G CPO硅光數據中心交換機的問世,帶來的價值遠不止單端口的提速,還將對無阻塞網絡架構的整體能力產生指數級的放大效果。

　　大會特邀來自新華三技術有限公司，光模塊硬件開發(fā)工程師, 阮祖亮先生以《CPO交換機的機會與落地》為主題做系統(tǒng)闡述。其首先針對硅光集成與CPO市場進行系統(tǒng)的回顧與展望，其首先指出硅光芯片集成逐漸成為主流，適合于高密度高集成度模塊開發(fā);隨著數據中心市場增長最高，可插拔模塊依然是主流解決方案，CPO和OIO未來可期;可插拔(LPO)、OBO(NPO)和CPO會在一段時間內共存互補;OBO以及CPO在1.6T及以上速率開始發(fā)力，224G時代之后更多模塊向硅光集成演進。

　　隨后其針對CPO前沿技術做了系統(tǒng)闡述，包括采用外置光源;增加WDM密度，減少光纖布局壓力;微環(huán)調制器在性能和集成度上有更高優(yōu)勢;不可更換，可靠性有待長期數據驗證等凸出優(yōu)勢，同時針對CPO交換機光電鏈路做了詳細說明，其表示LPO、CPO/NPO都是提升系統(tǒng)端到端能效的方式，但應用場景和發(fā)展路徑不同，CPO架構中的線性驅動：綜合考慮光、電芯片的熱應力和散熱選擇TSV封裝構型，談到224G時代的機會，其表示電接口步入112G→224G 時代CPO在鏈路裕量、功耗、成本、端口一致性方面存在獨特優(yōu)勢;CPO硅光交換機已步入交付階段;NPO到更廣義的CPO應用，對于NPO的機會，其提到了OIF提出的3.2Tb/s Co-Packaged可用于NPO方案;其呼吁現有產業(yè)鏈能夠提供完整的解決方案，但需要更進一步協同合作;光引擎的FAU連接標準化迫在眉睫。

　　其重點闡述了CPO如何落地應用，包括散熱、測試和生產、管理運維、光纖及法蘭設計、可靠性等。新華三集團聯合扇港(SENKO)以及光迅科技(Accelink)共同研發(fā)的高密度直通型PELS;通過Pass-through技術，使采用高密度直通型PELS外置光源的CPO交換機使用體驗更接近傳統(tǒng)交換機;光電混合盲插接口使用高密度SNMT-24插芯，最高可支持8路保偏光源通道+ 32對數據通道以MT-12形態(tài)對稱排列,可使51.2T CPO交換機最低降至1U高度。

　　800G CPO硅光數據中心交換機的問世,帶來的價值遠不止單端口的提速,還將對無阻塞網絡架構的整體能力產生指數級的放大效果。產品支持64個800G端口設計,單芯片帶寬達51.2T,可支撐單個AIGC集群規(guī)模突破3.2萬臺節(jié)點,是采用400G交換機時代的8倍。在完全滿足中大規(guī)模AIGC集群無阻塞傳輸需求的基礎上,進一步降低能耗和成本、提升穩(wěn)定性和可靠性、簡化網絡管理,從而最大程度保障AIGC集群的運算效能。單集群TCO降低30%。

　　硅光技術以其 CMOS 兼容、高集成度等突出優(yōu)點而成為備受鈮酸鋰(LN)具備極低的光吸收損耗以及高效的線性電光效應優(yōu)異，被認為是大容量信號傳輸的競爭材料。為打破硅基調制器的性能限制，利用硅和鈮酸鋰的晶圓級鍵合技術實現兩種材料的異質集成，為進一步提升硅上電光調制器性能提供了一個很好的解決方案，高速、高線性度鈮酸鋰薄膜電光調制器在未來ChatGPT AI芯片、數據中心、光通信芯片中有重要應用。

　　27號下午大會隨后出場的特邀演講嘉賓由來自浙江大學光電科學與工程學院研究院，副教授，劉柳先生針對《薄膜鈮酸鋰光電芯片以及硅基異質集成》為主題做詳細闡述，其首先指出全球AI高速光模塊市場在2023-2026年將持續(xù)處于高增長階段，光模塊在 2024 年第二季度的總銷售額創(chuàng)下了略高于 30 億美元的新紀錄。其介紹到鈮酸鋰(簡稱LN) 是一種鐵電材料，擅長電場、光場和聲場之間的相互作用。LN具有良好的線性電光系數和從可見光到中紅外的低光損耗。它已經成功地應用于例如高速光調制器、非線性光學和聲學器件。在20-30年前。人們正在使用這種類型的擴散或離子交換技術來局部增加表面LN的折射率。這種技術只能改變一點點指數。因此只能制造低折射率對比度的波導。由于弱約束波導，在這種情況下，光與物質的相互作用很弱。

　　接著其介紹到近期開發(fā)了一種新技術，可以在低折射率氧化硅層上制備厚度< 1um的高質量單晶LN薄膜。可以蝕刻LN以形成通道波導，或者在LN層上放置一些其他高折射率材料以形成肋加載波導。然后創(chuàng)建一個高指數對比結構。在這種情況下可以構建一個亞微米大小的波導，彎曲半徑很小。最重要的是，光是高度受限的，模式體積小得多，就可以有很強的光物質相互作用。在過去的幾年中，許多研究工作都放在這個TFLN平臺上。展示了許多高性能組件和創(chuàng)新應用。

　　其表示在這種Si/ln混合調制器中進一步采用了懸浮T形軌電極。為了進一步證明Si/LN混合集成的可行性，其首次在該混合平臺上構建了一個dp-iq調制器。這種實際上高度集成的光子芯片包括500歐姆的片上調制器終端和用于熱調諧的加熱器。其表示實現了96GBaud DP-16QAM信號傳輸。其還在SiN平臺上采用了這種混合集成概念，并在SiN光子芯片成品上集成了tFLN調制器結構。其成功實現了每個連接0.5dB的模式轉換損耗，以及總插入損耗為1dB、Vp為4.3V、帶寬為37GHz的混合調制器。這也是在SiN電路上集成LN的最佳調制器。最后其總結到Si/LN異質集成可在硅光子學上實現高性能調制器;技術挑戰(zhàn)包括晶圓到晶圓、芯片到晶圓;與其他設備(如PDs)的過程兼容性;鑄造服務等。

　　思科與其他幾家行業(yè)合作伙伴一起，推動了 ELSFP(外置激光小型可插拔)模塊標準多源協議 (MSA) 的開發(fā)，目的是提高 CPO 的成本效率、制造可擴展性和光功率源的標準化。這些 ELSFP 模塊允許激光器采用被動冷卻方式，運行效率更高、更可靠，并可在現場更換。

　　27號下午大會最后一位特邀的重磅演講嘉賓由來自Cisco,Solutions Engineer,Marwa Othman Elzaatari女士針對“Cisco's CPO”為主題詳細闡述了CPO技術的發(fā)展方向。其首先表示隨著網絡流量因更高的帶寬應用程序(如AI/ML(人工智能/機器學習)、高分辨率視頻流和虛擬現實)而持續(xù)增長，數據中心網絡的壓力繼續(xù)增加。這些對更多帶寬的貪得無厭的需求導致了更高的速度和更高的密度光學和ASIC。

　　隨著帶寬密度的增加，每一代產品的功耗要求也顯著提高。為了應對這些挑戰(zhàn)，業(yè)界正在進行各種努力，以優(yōu)化整個交換機系統(tǒng)的互連和串行器-解串器(Serdes)功耗。其中包括高能效串行器設計、使用低損耗印刷電路板(PCB)材料、低損耗飛越電纜作為互連器件以及采用性可插拔光學器件。光電共封裝器件（CPO）是特別有前途的方法，通過使光學收發(fā)器更接近 ASIC 芯片來優(yōu)化功耗，從而無需使用耗電的復位時器和光學信號處理。

　　通過CPO，網絡交換機系統(tǒng)中的光接口從交換機外殼前端的可插拔模塊轉移到與交換機芯片組裝在同一封裝中的光模塊。思科在CPO領域的優(yōu)勢之一是開發(fā)、優(yōu)化和運輸數百萬個基于硅光子的光學模塊的經驗。隨后其詳細介紹了CPO的三大支柱，例如通過將光學器件移至離交換機ASic芯片足夠近的位置，去除一級SPs以節(jié)省功耗。為此，許多以前獨立的lc(TlA、驅動器、調制器、mux/demux)必須合并到一個LC上，思科的硅光子技術可以實現這一點。

　　其表示思科在OFC 2023上的CPO演示強調了思科技術開發(fā)的一些關鍵優(yōu)勢。例如適用于400G FR4的集成硅光子學Mux/Demux;共同包裝光學的挑戰(zhàn)之一是要求將光學組件小型化，以適應ASIC封裝(體積比傳統(tǒng)的QSFP-DD或OSFP模塊低100多倍)。這需要光學和包裝創(chuàng)新。任何CPO架構都必須提供靈活性來支持所有數據中心光學類型，包括使用并行單模光纖的光纖，例如4x100G DR4和CWDM(粗波分復用)，例如400G FR4，可以在同一根光纖上使用4種不同波長的光，每種光波長為100Gbps。這意味著需要將4種不同的波長組合在一起。這通常使用外部鏡頭完成，外部鏡頭占用了大量體積。

　　思科發(fā)明了一種在Silicon Photonics IC上進行這種mux/demux的創(chuàng)新方法。在開關ASIC封裝上集成光學瓷磚需要創(chuàng)新封裝機械設計(以確保機械可靠性)、功率輸送(在小區(qū)域內向開關ASIC和光學瓷磚輸送電流)和熱冷卻(以消除更高的功率密度)。

　　其指出思科的演示有完整的光學瓷磚，可以充分發(fā)揮其功能。增強的熱設計，允許傳統(tǒng)的空氣冷卻;將光學與開關ASIC集成的另一個挑戰(zhàn)是，當系統(tǒng)總功率降低時，系統(tǒng)中心的熱密度會增加，因為光學從前面板移動到ASIC封裝。其他供應商使用液體冷卻來管理這種更高的熱密度。思科與主要合作伙伴合作開發(fā)了先進的散熱器技術，允許繼續(xù)使用傳統(tǒng)、可靠的空氣冷卻，而不是迫使客戶在想要之前改變基礎設施以支持液體冷卻。

　　其表示思科打造差異化布局，預計在51.2Tb交換機周期內進行試驗性部署，然后在101.2Tb交換機周期內大規(guī)模采用。擁有系統(tǒng)、ASICs和光學方面的專業(yè)知識，這使其成為少數幾家能夠成功實施和部署大規(guī)模組合封裝光學器件的公司之一。思科認為，任何顛覆性技術只有在正確的生態(tài)系統(tǒng)到位時才能成功。該行業(yè)在標準化工作方面有著悠久的歷史，例如定義了可插拔光模塊標準的OIF、IEEE和MSAs。在OFC 2024上，Ribbon和Cisco展示了他們的1.2T系統(tǒng)是可互操作的。

　　精彩的發(fā)言給整場大會畫上圓滿的句號。

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