數(shù)據(jù)中心跨入100G、400G

近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G、物聯(lián)網(wǎng)及人工智能等應(yīng)用市場(chǎng)的快速發(fā)展，全球的數(shù)據(jù)流量在飛速增長(zhǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的傳輸提出了更高的要求。全球網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心傳輸速率也已從原先的10G、25G向100G、400G跨入。Amazon、Google等云巨頭從2017下半年已全面啟用100G光模塊方案，國(guó)內(nèi)阿里巴巴也已經(jīng)開始規(guī)模部署，明年400G光模塊將開始大規(guī)模部署。從行業(yè)來看，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)流量基本每一、兩年翻一番，光模塊技術(shù)每3-4年就更新?lián)Q代一次。

光通信器件在超算中的應(yīng)用不斷增加

同時(shí)，與商業(yè)市場(chǎng)數(shù)據(jù)中心云計(jì)算相對(duì)應(yīng)的，由政府主導(dǎo)的超級(jí)計(jì)算機(jī)也一直在發(fā)展，目前已經(jīng)邁進(jìn)E級(jí)機(jī)系列。在高性能計(jì)算中，也會(huì)有海量的數(shù)據(jù)需要傳輸。在全球top500的超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜上，超過70%采用了以色列mellanox公司的具有高吞吐量和低延時(shí)特點(diǎn)的InfiniBand （IB）技術(shù)。隨著人工智能和云計(jì)算的發(fā)展，mellanox也推出了相應(yīng)的超高性能IB數(shù)據(jù)互聯(lián)產(chǎn)品。在這兩種分別應(yīng)用于高層網(wǎng)絡(luò)通信的以太網(wǎng)技術(shù)和低層的服務(wù)器端輸入/輸出IB技術(shù)中，光電子元器件，芯片以及模塊都扮演者重要角色。

InfiniBand的互連接口已經(jīng)在從過去的銅纜互連逐漸過渡到以VCSEL激光器為主的并行光互連技術(shù)，而以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸更是依靠各類光通信器件，從最開始的光信號(hào)產(chǎn)生調(diào)制到通過管線傳輸光信號(hào)，經(jīng)過光放大器處理，最后被光電探測(cè)器接受。

英特爾硅光收發(fā)器達(dá)到400G

相比傳統(tǒng)的InP基光子技術(shù)平臺(tái)，與CMOS兼容的硅光自出現(xiàn)就受到國(guó)內(nèi)外巨頭的關(guān)注。國(guó)際上目前具備硅光芯片研發(fā)能力的包括Intel、Luxtera、Rockley等。Intel的硅光芯片主要針對(duì)5G無線基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)，其100G硅光收發(fā)器產(chǎn)品組合為滿足下一代通信基礎(chǔ)設(shè)施的帶寬要求而優(yōu)化，同時(shí)可承受惡劣的環(huán)境條件。2019年4月，Intel展示了其基于硅光的400G光模塊，封裝形式為QSFP-DD。

歐美正構(gòu)建更高的競(jìng)爭(zhēng)壁壘

相比對(duì)光芯片依賴更多的高層網(wǎng)絡(luò)通信的以太網(wǎng)技術(shù)，IB技術(shù)的形勢(shì)也非常嚴(yán)峻。就在4月17日，Nvidia收購Mellanox獲中國(guó)監(jiān)管批準(zhǔn)。也就是說，Nvidia的云端人工智能的生態(tài)和Mellanox云端人工智能核心技術(shù)結(jié)合到一起，構(gòu)筑了更加高的競(jìng)爭(zhēng)壁壘，也意味著歐美半導(dǎo)體公司在云端計(jì)算領(lǐng)域正在加快進(jìn)步的步伐。

我對(duì)外依存度高

事實(shí)上，在芯片、有源器件、無源器件、光模塊四類光通信器件中，有源光收發(fā)模塊在光通信器件中占據(jù)超過50%的份額。依據(jù)工信部2017年12月發(fā)布的《中國(guó)光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018-2020年）》（全文可參閱文末原文鏈接），以近年來在網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模部署的高端100G光通信系統(tǒng)為例，其中的可調(diào)諧窄線寬激光器、相干光發(fā)射/接收芯片、電跨阻放大芯片、高速數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、DSP芯片均依賴進(jìn)口。

而對(duì)于硅光子芯片，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)供應(yīng)商涉足10Gb/s以上的產(chǎn)品，25Gb/s還處在送樣階段。盡管這兩年來國(guó)內(nèi)在硅光芯片上也取得了突破性進(jìn)展：自主研發(fā)的首款商用“100G硅光收發(fā)芯片”已經(jīng)投產(chǎn)使用；2019年阿里巴巴也研制成功基于硅光技術(shù)的400GDR4光模塊。然而，如果考慮到光子芯片流片加工，這些成就背后又有多少技術(shù)是我們必須依賴國(guó)外的。

唯有砥礪前行

從常規(guī)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)來說，目前正是硅光產(chǎn)業(yè)和人工智能技術(shù)爆發(fā)的黎明前，各類技術(shù)平臺(tái)還不是很成熟，硅光源的問題依然沒有得徹底到解決，摩爾定律也在越來越逼近極限。然而，最近國(guó)外有關(guān)六角硅鍺和鍺錫合金的硅光源進(jìn)展，以及采用碳納米管制成的芯片等成就，迫使我們意識(shí)到一旦國(guó)外突破某一類技術(shù)，就會(huì)形成很高的技術(shù)壁壘。就意味著在未來技術(shù)高速發(fā)展時(shí)期，我們和國(guó)外的技術(shù)差距會(huì)越來越大，再想追趕會(huì)付出更大努力。

從非常規(guī)競(jìng)爭(zhēng)的角度考慮，一旦因?yàn)檎卧蛭覀儫o法使用這些技術(shù)，國(guó)內(nèi)公司又無法填補(bǔ)空白，這將對(duì)以人工智能為代表的新基建造成無可估量的損失。考慮到這些年發(fā)生的事件：15年禁售超算至強(qiáng)（XEON）芯片，2018年的中興制裁，2019年的華為制裁，這種擔(dān)憂并不是杞人憂天。結(jié)合當(dāng)下的疫情和國(guó)際輿論，我們必須未雨綢繆，并持續(xù)堅(jiān)定地推進(jìn)光子芯片的研發(fā)。