C114讯 5月11日消息（岳明）由CIOE中国光博会与C114通信网联合推出的大型研讨会系列活动——“2023中国光通信高质量发展论坛”之第五场线上论坛“光芯片与高端器件技术研讨会”在今天召开。
在研讨会上，中国信息通信研究院技术与标准研究所高级工程师吴冰冰应邀作了题为“光芯片器件及模块的技术产业发展与未来趋势”的主题演讲。
吴冰冰指出，5G+数据中心时代，新型业务及应用驱动数据流量增长，掀起光电子芯片器件及模块行业新浪潮。光电子芯片器件是光通信的基础与核心，全球市场规模呈增长态势，高速率、集成化、大容量成为核心诉求；展望未来，三维集成、异质集成等新工艺持续演进，业界广泛探索CPO、线性驱动等降低能耗的新方案，空天地海一体化、通感一体化新应用也对芯片器件提出新型要求。
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光通信核心底座：重要性日益提升
我国把推进宽带网络发展、拓展融合应用、全面推动数字化转型作为抢抓战略机遇的重要手段。十四五发展规划明确提出，要加快推动5G网络、千兆光纤网络、物联网、数据中心、工业互联网、车联网等新型基础设施建设，深化传统基础设施数字化转型，以宽带网络赋能数字经济、数字社会、数字政府、数字生态建设。
2022年2月，发改委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群，“东数西算”工程正式启动，推进能源和算力的跨区域协同调度，开创高质量数字经济新局面。
而这一切的背后，是光网络所构筑的坚实底座。吴冰冰表示，光通信是发展5G、数据中心、算力网络的基础设施和前提，在拉动有效投资、促进信息消费、赋能千行百业等方面具有重要作用；光电子芯片器件及模块是光通信的核心构成部分，重要性日益提升。
产业核心诉求：高速率、集成化、大容量
吴冰冰表示，根据Omida数据，2022年市场规模超130亿美元，电信、数据中心、接入为主要应用领域，不同细分产品中光收发模块占比最高；高速率、集成化、大容量为光芯片器件及模块的核心诉求。
高速率方面，数据中心、城域和干线整体向400G及以上演进升级。数据中心应用场景中，随着交换芯片容量提升，光模块开始向400G/800G过渡；城域网和干线网应用场景中，光接口向400G/800G发展演进。目前，400G光模块标准体系趋于完备，产业界正在积极开展800G光模块标准化及产品研制，1.6T研究热度增加。
吴冰冰进一步指出，随着速率提升至800Gb/s，相干技术方案在80km传输距离基础上，进一步向10/40km更短距离延伸。在超高速率方面，高波特率和新型光电子芯片器件技术成为研究重点。
集成化方面，光电子芯片器件包含III-V族、硅光、薄膜铌酸锂等多种材料体系，在技术产品产业成熟度和应用场景方面，有着不同的特点。
其中，Ⅲ-Ⅴ族材料体系具有直接带隙物理优势，光子集成技术起步早、成熟度相对较高，兼容有源和无源光器件功能平台，尤其在激光器领域占有绝对优势；逐步由数通、电信向更宽泛应用领域延伸。
硅光技术则融合了微电子和光子的优势，开辟芯赛道，近年来热度不减，数通、电信为重要应用领域。从产业链角度来看，硅光技术参与厂商众多、产业链已初具雏形。从应用场景来看，硅光技术在100/400/800G中短距应用优势明显；同时，硅光集成芯片规模商用有望使相干技术降低成本，基于硅光技术的相干光模块在400G时代以ZR/ZR+为主要应用；800G ZR/ER1/LR/LR1标准即将发布，硅光相干技术有望下沉至10km/40km应用场景。
薄膜铌酸锂继承了铌酸锂晶体优异的光电特性，并具有与半导体微纳加工工艺兼容的优势，成为实现小型化、高带宽、低损耗、高集成度调制器的热门技术方案。吴冰冰指出，新型薄膜铌酸锂调制器具备支持超300GBaud潜力，未来有望在400G速率超长距、800G及以上速率相干光模块领域等获得市场认可。
大容量方面，包括频谱扩展、新型光纤、波长级调度、纤芯级调度等技术都可以提升光通信系统容量，但从底层技术来看，这都需要光电子芯片器件的创新。具体来看，频谱扩展标准制定和应用试点积极推进，芯片器件已趋于成熟；新型光纤领域，配套光电子芯片器件尚存在大量未解决的关键问题，需开展深入研究；全光交换领域，全光交换器件支撑大颗粒业务调度能力，除通信外，全光交换器件或在智算中心网络、空间光子学、量子信息等领域得到更广泛应用。
未来发展趋势：新工艺、新方案、新应用
在谈到未来发展趋势时，吴冰冰用新工艺、新方案、新应用进行了概括。
新工艺方面，随着集成度和性能要求不断提高，光电器件呈现出从传统的单材料平面集成电路向三维集成和异质集成演进的趋势。
新方案方面，CPO无疑是当前最火热的话题。CPO的引入，大幅提升了带宽密度和能量效率，光引擎靠近主机ASIC，大幅减少高速电通道损耗和阻抗不连续性，相较于可插拔带宽密度提升一个数量级，能量效率优化40%以上。根据Yole预计，2032年CPO市场将达到22亿美元；在规模部署进程中将伴随产业模式转型，CPO将需要新的合作模式和战略伙伴关系。
除CPO之外，线性驱动也成为新关注热点，线性驱动意味着在模块中无DSP或CDR，依靠高性能交换机SerDes实现相关功能，线性驱动可插拔与直驱CPO能耗基本相当，将成为降低能耗的有效途径之一。
新应用方面，空天地海一体化趋势呈现，对芯片器件提出抗辐照要求。空间光通信是多学科交叉的热点研究领域，但常规芯片器件和特种光纤在外太空辐照条件下性能很快下降、甚至失效，空间光通信用光电芯片器件需具备抗辐照特性，目前仍存挑战。
除此之外，通感一体光网络应用前景广阔，需光电芯片器件有效支撑。通感一体化指感知与通信功能协同，通感一体光网络可通过光纤故障分析定位功能提升网络的稳定性，并可通过传感数据采集功能提高光纤应用价值，业界及学术界已展开广泛研究。