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2021/4/9 16:32

数据中心光互连技术演进备受关注:硅光集成已是行业共识

C114通信网  水易

C114讯 4月9日消息(水易)5G、云计算和大数据的快速发展和广泛应用,数据中心正成为未来网络的控制节点和内容载体,重要性愈发凸显。而随着数据中心网络的规模发展,以及云计算数据中心网络拓扑结构的持续升级演进,对数据中心光互连技术提出了更高速率、更低功耗、更低成本等需求。

日前,在中国国际光电博览会(CIOE)与C114通信网联合主办“2021光通信高质量论坛”系列活动第二场线上会议“硅光集成与数据中心应用线上研讨会”上,中国信息通信研究院云计算与大数据研究所所长何宝宏指出,近年来,数据中心的流量越来越大,复杂性也越来越高,已经成为整个互联网流量和业务的制高点,必然会引发技术层面的创新变革。如今,面向数据中心的技术优化和创新成了新的热潮。

硅光正是面向数据中心场景下的创新方向之一,以其材料特性以及CMOS工艺的先天优势,能够很好的满足数据中心对高速率、低成本、低功耗等需求。思科HUAWEIJuniper诺基亚等行业巨头纷纷通过收购“加码”硅光技术。光通信行业知名市场研究机构LightCounting同样指出,硅光技术将从根本上改变光器件和模块行业。

用户视角下,需要怎样的硅光方案?

任何行业和产业的发展都是由于人们需求的一种结果,因而硅光技术的最终落地以及应用前景,取决于最终的用户,也就是云计算厂商,尤其是头部的企业。毕竟,为了满足业务高速增长带来的带宽需求,他们需要引入新方案,另一方面也是为了进一步实现数据中心网络最优化的性能和成本。

作为大型互联网企业,Tencent拥有QQ、微信、Tencent视频、Tencent游戏等超级应用,对数据应用有着极高的需求,很早就开始布局数据中心,且硬件投入逐年加大。近年来,为了实现数据中心网络最优化的性能和成本,Tencent开始涉足白盒交换机,并开始与厂商合作自研硅光模块等产品。

Tencent光系统架构师胡胜磊指出,硅光正在光模块领域逐步提升影响力,未来速率越高,硅光的优势越大,在400G DR4硅光模块中,Tencent开发了两种方案,都已有光模块样品。不过,硅光想要得到规模商用,仍需要提升效率,提升集成度、缩小尺寸,降低功耗和成本,采用先进的封装,等待硅光技术逐步成熟。“硅光是贯穿短中长线的技术,未来硅光终将成为行业主导。”

京东科技云事业部光网络架构师陈琤指出,随着数据中心网络的规模化发展,要求underlay的网络做到高吞吐量、易扩展以及开放化。具体到光模块技术方案的发展方向,将朝着高速率、低功耗、高密度、低成本、标准化方向发展。而硅基光子技术,因其硅材料的特性以及CMOS工艺的先天优势,能够很好的满足上述五大发展方向,也就使得硅光成为最有前景的一种光互连技术方案。

陈琤认为,从用户的角度来看,可插拔光模块作为标准化程度很高的产品形态,用户关心的是可靠性和成本。400G及400G以下速率的光模块,传统的III-V族解决方案,凭借多年的技术沉淀,成熟的生态链,仍保持竞争力。对于硅光方案而言,其优势主要集中在集成度和相对低价的CMOS工艺,尤其是在有高密度集成需求的应用场景,例如QSFP-DD ZR、Co-Packaged等,硅光将会有更广阔的市场空间,不过仍要依赖产业界的进一步优化和整合

中国移动研究院项目经理王瑞雪表示,5G运营商网络形成端-边-网-云的端到端协同新架构,网络质量与光模块息息相关。不过,当前光模块在运营商网络部署中遇到两个比较大的挑战:一是光模块应用领域多、机房环境挑战大,对光模块环境适配要求高,故障影响范围也比较大,并且速率越高影响范围越大;二是光模块采购成本比较高,运营功耗也比较高,从而导致后期网络运维成本居高不下。

王瑞雪指出,硅光技术恰恰集合了低成本、低功耗、高速和高集成度的优势,极具发展空间。硅光模块将光/电芯片全面集成在硅光芯片上,实现像制造芯片一样制造光模块,从而有效降低材料成本、芯片成本、封装成本。

产业链齐登场,硅光解决方案已就绪

经过十余年的发展,硅基光子技术已经形成了较为完备的产业链,从设计流片到封装测试到系统集成,众多企业都在参与这一市场。截止目前,已经有大规模部署的产品类型,包括100G PSM4和CWDM4以及相干光产品。

海思光电首席技术规划师周立兵指出,按照光电领域的“光摩尔定律”,光模块每4年左右演进一代,比特成本下降一半、功耗下降一半,因而诞生于2016年的100GE光互连技术处在向前演进的十字路口,400GE成为下一代光互连的首选方案。

目前,数据中心400G光互连方案包括传统的III-V族方案和硅光方案。周立兵表示,硅光方案在400G的机会在于解决出光功率&功耗的挑战,通过集成减少封装部件、降低封装成本,并发挥硅光芯片量产的先天优势方可实现商业成功。另外,随着光互连密度和带宽进一步演进,硅光将优势明显,特别是在合封、相干下沉等数据中心新应用场景。

上海诺基亚贝尔光网络业务副总裁张寒峥先容,诺基亚贝尔正持续推动硅光创新,能够提供光子设计工具集,快速定制硅光子设计;射频集成电路(RFIC)共同设计,实现自主设计,匹配硅光引擎;先进的封装,提供多芯片模块,倒装芯片BGA;生产制造创新,提供晶圆级组装和测试。

成都新易盛通信技术股份有限企业业务拓展总监张金双表示,随着数据中心流量的持续快速增长,数据中心对光模块的关键诉求无非是高速率、高密度、低成本和低功耗,硅光集成技术成为应对这些挑战的可靠方案。目前新易盛已经推出400G QSFP-DD硅光模块,兼具性能、成本、供应的优势,下一步新易盛将通过优化设计、优化工艺提升封装耦合效率。

康宁光通信中国应用工程和市场发展总监房毅指出,随着数据中心交换能力每两年翻倍,可插拔光模块正向联合封装光学(CPO)演进。而CPO需要日益增长的密集光学连接,这一过程中需要对光纤-芯片耦合、特殊光纤、光纤管理、面板光连接系统等跨越光连接解决方案的所有部件进行创新。目前康宁能够提供第一代CPO连接的所有原件,同时提出进一步优化的玻璃基板解决方案的愿景。

联合微电子中心有限责任企业(简称CUMEC)硅基光电子中心总监冯俊波先容,硅基光电子技术由于其和微电子兼容的生态体系,可以紧密与微电子结合,这也是硅基光电子技术强大生命力的来源。在硅基光电子技术发展的初期,小的市场份额(与微电子相比)很难与CMOS工艺相匹配,突出的表现就是很难找到合适的硅基光电子芯片研发和生产平台。CUMEC的硅基光子开放平台,能够提供从芯片设计到生产制造到封装测试的全流程能力。

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