AI算力狂飙，硅光互连破局！

2025年，全球AI大模型赛道硝烟弥漫，以ChatGPT、Grok、DeepSeek和Gemini为首的四大通用语言模型以前所未有的速度迭代，重塑着技术与商业格局。ChatGPT依托封闭的MoE（Mixture of Experts）架构构建出领先的多模态生态体系，其成熟的API服务体系已占营收的70%，展现出极强的变现能力；Grok则以动态推理网络为核心，主打实时数据响应，并通过与X平台深度捆绑实现商业化突破；DeepSeek以开源模型为基础，针对中文场景深度优化，广泛部署于政企私有化系统中，快速拓展本地市场；Gemini则依托Google Pathways系统，具备强大的算力基座，且已深度集成至Workspace生态，打通了办公与AI应用的边界。

在这场激烈的技术与生态竞速背后，是AI巨头们对算力的持续投入和对高速、低延迟数据交互的迫切需求。这种需求，正驱动着硅光互连技术以前所未有的速度向前发展。根据Yole Group的研究，预计到2029年，硅光集成芯片（PIC）市场规模将超过8.63亿美元，在2023年至2029年期间的复合年增长率将达到45%。

PIC市场预测（图源：Yole Group）

硅光技术广泛的市场应用（图源：Yole Group）

硅光子技术持续快速发展，其多样化的应用预示着未来巨大的机遇。4月23日至25日，在第三届九峰山论坛暨化合物半导体产业博览会上，“硅光”无疑成为最受瞩目的焦点之一。来自世界各地的与会专家学者、产业界人士纷纷聚焦这一前沿技术，探讨其在应对AI时代算力挑战中的关键作用与未来潜力。而更加欣喜的是，中国在硅光子学领域取得了显著进步，并力争成为全球领先者。

2025九峰山论坛嘉宾阵容强大

业界共识：光互连在AI时代优势尽显

“相较于传统电互连方案，光互连在高速率、低延时和低功耗的长距离数据传输方面展现出无可比拟的优势。”中国科学院半导体研究所助理研究员谢毓俊指出。

海思光电子有限公司技术专家曹攀也表示，智算中心网络中高速、大容量的光互联是支撑大模型高效训练的关键技术。他指出，EML（电吸收调制激光器）因其高带宽、良好输出功率、优异消光比、低驱动电压、紧凑尺寸、低功耗和成本效益而成为一种有前景的解决方案。海思光电通过优化芯片设计、器件封装和创新的系统方案，使EML支持的单Lane速率从100Gbps提升至200Gbps。此外，海思光电子的高速EML激光器实现了高达110GHz的3dB带宽，并成功实现了30km标准单模光纤传输。

腾讯光网络架构师封建胜聚焦于智算中心超大规模互连网络对高质量、高带宽和高效能性价比的需求。他指出，具备高性能、大余量等优点的平层光互连技术可成为质量更高、故障率更低的光互连解决方案。

华工正源光子技术有限公司总经理胡长飞表示，如果将AI比作一个人，GPU无疑是AI的“心脏”，LLM（大规模语言模型）则是AI的“大脑”，而数据是AI的“血液”。在这个类比中，光模块便是AI的“动脉”，是确保数据在AI系统中高效流动的核心部件。光模块不仅是AI的赋能者，它的作用日益凸显，特别是在大规模计算和数据传输中，起到了至关重要的作用。在Spine-Leaf-TOR（Top of Rack）架构中，光互联技术可以将GPU扩展到上万甚至十万卡的集群。这种高速连接使得AI系统能够在大规模计算中高效工作，为高性能计算提供了强有力的支撑。

华中科技大学三位资深学者对光通信与光计算领域的前沿趋势有着深刻洞察。华中科技大学光学与电子信息学院党委书记、未来技术学院执行院长唐明指出，光电融合集成有望结合光子学和电子学优势，在低功耗和复杂度下实现高性能短距相干光传输，解决智算互连需求。华中科技大学教授邓磊聚焦移动通信，认为模拟光载射频（A-RoF）技术因其高频谱效率、低时延和简化基站结构而受关注。华中科技大学教授董建绩则认为，光子计算凭借高速、低延迟、低功耗和并行性，有望互补电子计算，突破算力和功耗瓶颈，并阐述了“黑盒式”物理训练模型在可重构片上衍射神经网络和大算力并行计算核心处理器中的应用，

光模块，迈向3.2T

在当前的服务器和数据中心中，硅光技术通常是以各种类型的光模块的形式存在的。

华工正源总经理胡长飞指出，当前光模块的主要技术路线包括DPO（Digital Optical Process）、LPO（Low Power Optical）、NPO（New Power Optical）和CPO（Co-Packaged Optics）。其中，基于DSP的DPO技术具备MPI检测和回环功能，便于故障排查。然而，并非所有应用场景都必须采用这些功能。相比之下，LPO和CPO则依赖ASIC芯片实现MPI检测，且CPO因电气通道更短，在功耗方面更具优势。

功耗差异是DPO、LPO和CPO光模块之间显著的区别。以1.6T DR8模块为例，DPO的功耗最高，约为25W；LPO次之，约为15W；而CPO的功耗相对最低，通常在10W左右，凸显了CPO技术的节能潜力。共封装光学技术已被业界视为极具潜力的下一代光互连方案。值得关注的是，英伟达已在其InfiniBand和以太网交换机中采用了CPO技术，未来NVLink交换机是否跟进，成为行业关注的焦点。更令人振奋的是，作为全球排名前八的光模块厂商，华工正源正积极研发3.2T CPO模块，这一技术突破有望为光通信领域带来深远的影响。

腾讯光网络架构师封建胜也分析了现有方案的优劣。他指出，在误码率方面，DSP方案表现最优，其次是LRO和LPO方案。因此，选择合适的技术方案需要综合考量多种因素。针对现有方案，他提出了以下改进建议：首先，采用平层光互联技术以提高灵敏度点的误码率裕量；其次，需要硅光Foundry开发异质集成工艺，在硅光芯片中集成低噪声SOA；最后，开发者应具备端到端的设计和仿真能力。

在光模块领域，集成硅光子（SiPh）模块技术是一个热门的发展方向，它通过将多个光学功能集成到单一的封装中，显著简化了模块的结构。与传统设计相比，集成硅光模块减少了约30%的零部件数量，从而降低了成本，提升了可靠性，并大幅提高了传输效率。同时，基于InP/GaAs化合物半导体的高速光芯片，成为了高速连接的核心驱动。

总的来说，光模块的技术演进路径清晰可见：逐渐从当前的单波长100G、400G、800G DR4/DR8技术，逐步发展至单波长200G、400G 3.2T DR8/2xFR4技术，以及共封装（CPO）单波长100G、200G的MRM DR/FR Trx技术。

硅光前路，并非坦途

诚然，光学技术正展现出颠覆性的潜力，然而，如同硬币的两面，其发展道路并非坦途。众多专家、学者与企业高管敏锐地洞察到硅光技术层面存在的诸多挑战，并积极探索应对之策，为行业未来的稳健发展注入思考。

谢毓俊强调，当前光互连技术在带宽密度、能耗效率和互连延时等方面仍存在瓶颈。突破这些瓶颈，亟需在新型光电子材料研发、光电子器件结构拓展、硅基异质异构集成、光电子与微电子深度协同以及高密度集成等技术路线上取得进展。唯有通过新材料与新方法的光电融合集成研究，方能为下一代AI大模型等互连应用提供关键的技术支撑。

中国科学院半导体研究所副所长薛春来聚焦于硅基光电子学对片上集成红外发光及探测器件提出的更高要求。他指出，锗与锗锡材料因其与硅衬底的良好兼容性以及在红外光区优越的光电性质而日益受到重视。然而，传统的外延技术工艺温度过高、材料质量不稳定，而基于此类材料的硅基Ⅳ族红外探测器也面临着制备工艺不成熟、性能不良等问题，制约了硅基光电子学的进一步发展。

说到材料，苏州工业园区纳米产业技术研究院有限公司MEMSRIGH总经理、中国半导体行业协会MEMS分会秘书长蔡勇强调，在高速光通信与集成光子领域，薄膜铌酸锂（TFLN）凭借其优异的电光特性已成为新一代光子芯片的核心材料。

作为国内领先的MEMS代工厂，MEMS RIGHT采用Foundry模式加速TFLN技术产业化进程，通过轻资产运营、聚焦制造环节专业化分工和依托全流程服务能力，构建了从研发、中试到量产的完整MEMS生产链。蔡勇表示，MEMS RIGHT已实现大线宽模斑转换器高速电光调制芯片的成功流片，并积极与产业链合作伙伴深度协同，共同推动薄膜铌酸锂技术的发展与应用，构建“技术研发－工艺验证－规模量产”的产业闭环。

中国科学院物理研究所研究员、中国科学院纳米物理与器件重点实验室主任张建军也谈到了硅基光电融合发展的瓶颈：缺少可单片集成的硅基激光器。他认为，硅基直接外延生长InAs/GaAs量子点激光器是解决这一难题的关键路径。张建军团队通过在硅图形化衬底上构筑具有孔洞的V型结构，有效克服了硅上生长GaAs所面临的晶格失配、极性失配和热失配等挑战。在论坛报告中，他详细介绍了其团队在硅基直接外延生长高质量GaAs薄膜材料、硅基及SOI基InAs/GaAs量子点激光器、量子点激光器抗反射特性以及单片集成量子点激光器等方面的最新研究进展，并分享了他们在硅基GaSb材料外延方面的研究工作。这些成果为实现高性能、低成本的硅基光互连芯片奠定了坚实的基础。

IMEC光子学研究组教授Wim BOGAERTS强调了可编程光子学在推动日益增长的光子集成电路（PIC）生态系统及其在各种不同领域应用扩展中的巨大潜力。 他指出，PIC技术对于互联网基础设施、数据中心和先进人工智能应用的发展已经变得至关重要。IMEC光子学研究组教授BOGAERTS坦言，尽管强劲的市场需求促进了PIC制造量、成熟度和良率的提高，但PIC的商业应用仍然缺乏多样性，实验室演示转化为成功的商业产品仍然面临诸多挑战，其中一个重要原因是PIC漫长且不成熟的开发周期。他呼吁业界共同努力，加速PIC的开发和商业化进程，以充分释放其在传感、仪器和信号处理等众多领域的巨大潜力。

邓磊也指出，模拟光载射频（A-RoF）技术也面临着动态范围受限、非线性损伤和信号保真度低等挑战，其大规模部署应用需要芯片、模块到系统的全链条创新。针对这些关键难题，邓磊及其团队开展了深入研究：他们构建了芯片、器件和系统各层级的A-RoF全链路模型，实现了高精度的线性与非线性误差控制；攻克了多通道射频光收发模块封装中的线性度、通道一致性和串扰等技术难题，并在五年内开发了三代四通道/八通道集成射频光收发模块，展现出卓越的性能指标；此外，他们还基于肖特基二极管构建了非线性预失真模块，显著提升了A-RoF链路的SFDR性能；并面向光生毫米波系统提出了相应的量化噪声整形算法，成功实现了高保真度的30GHz、12Gbps毫米波传输。

有挑战，亦有成就

尽管前路尚存挑战，但硅光领域正以蓬勃的创新活力不断取得令人瞩目的成就，为未来的信息基础设施和新兴应用注入强大的驱动力。

北京摩尔芯光科技有限公司总监贾连希介绍了公司在基于硅光子技术的调频连续波（FMCW）激光雷达领域的最新成果。他表示，近年来，硅光子FMCW激光雷达取得了长足的进展。摩尔芯光的FMCW激光雷达利用高度集成化的SoC芯片实现了FPGA替代，有效解决了FPGA架构中硬件设计复杂、功耗过高等技术挑战。 凭借其原生的抗干扰能力，无论在各种天气状况下，FMCW激光雷达都能保持稳定的性能，有效避免鬼影和高反膨胀现象。

薛春来团队利用自行设计搭建的UHV-CVD系统，创新性地使用高活性Ge2H6与SnCl4气体源，实现了高质量锗与锗锡材料的低温高效稳定制备。基于硅上外延的p-Ge/i-GeSn/n-Ge结构，他们成功制备出全球首个硅基锗锡320×256面阵，并实现了真实物体的短波红外成像。通过不断优化材料外延及器件制备工艺，其锗锡器件在短波红外光区实现了超越文献报道水平的高响应度，性能已接近商用应变InGaAs探测器水平，为硅基光电子学在红外探测领域的应用打开了新的大门。

为满足高容量数据中心和长途互连对紧凑且可扩展的光学放大解决方案的迫切需求，EDWATEC SA团队成功利用低损耗氮化硅波导技术结合精确的铒离子注入方法，克服了片上光学放大长期存在的限制。他们最新的EDWA设计实现了前所未有的小信号增益（超过30 dB），输出功率高达200 mW，占地面积小于5 mm²，与基于光纤的放大器相比，体积缩小了近千倍。此外，EDWATEC的铒激光器还表现出卓越的性能，线宽窄至50 Hz，在C波段和L波段具有广泛的可调谐性，并且能够抵抗环境扰动。EDWATEC SA首席技术官兼联合创始人Amir YOUSSEFI表示，这些进步不仅弥合了传统光纤技术和半导体激光器之间的关键差距，而且为卫星通信、深海光纤网络和LiDAR系统等多个领域开辟了新的机遇。

总结

此次九峰山论坛上关于硅光技术的深入探讨，充分展现了这一前沿技术在应对AI大模型时代算力挑战中的核心地位。从关键器件如硅基激光器的突破，到系统级的创新如模拟光载射频和光电融合集成，再到新兴应用如光子计算和硅光子激光雷达，中国乃至全球的科研机构和产业界都在积极探索硅光的无限潜力。

可以预见，随着AI技术的持续发展和对算力需求的不断攀升，硅光互连技术将迎来更加广阔的发展空间和更多的创新机遇，成为支撑下一代信息基础设施的关键力量。然而，正如与会专家所指出的，要实现硅光技术的大规模应用，仍需在材料、工艺、设计和生态建设等方面持续投入和创新，攻克现有瓶颈，最终实现高性能、低成本、高可靠性的光互连解决方案，赋能AI时代的蓬勃发展。

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