數據中心跨入100G、400G

近年來，隨著大數據、云計算、5G、物聯網及人工智能等應用市場的快速發展，全球的數據流量在飛速增長，對數據中心數據的傳輸提出了更高的要求。全球網絡的數據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，國內阿里巴巴也已經開始規模部署，明年400G光模塊將開始大規模部署。從行業來看，數據中心網絡流量基本每一、兩年翻一番，光模塊技術每3-4年就更新換代一次。

光通信器件在超算中的應用不斷增加

同時，與商業市場數據中心云計算相對應的，由政府主導的超級計算機也一直在發展，目前已經邁進E級機系列。在高性能計算中，也會有海量的數據需要傳輸。在全球top500的超級計算機排行榜上，超過70%采用了以色列mellanox公司的具有高吞吐量和低延時特點的InfiniBand （IB）技術。隨著人工智能和云計算的發展，mellanox也推出了相應的超高性能IB數據互聯產品。在這兩種分別應用于高層網絡通信的以太網技術和低層的服務器端輸入/輸出IB技術中，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，而以太網的數據傳輸更是依靠各類光通信器件，從最開始的光信號產生調制到通過管線傳輸光信號，經過光放大器處理，最后被光電探測器接受。

英特爾硅光收發器達到400G

相比傳統的InP基光子技術平臺，與CMOS兼容的硅光自出現就受到國內外巨頭的關注。國際上目前具備硅光芯片研發能力的包括Intel、Luxtera、Rockley等。Intel的硅光芯片主要針對5G無線基礎設施市場，其100G硅光收發器產品組合為滿足下一代通信基礎設施的帶寬要求而優化，同時可承受惡劣的環境條件。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。

歐美正構建更高的競爭壁壘

相比對光芯片依賴更多的高層網絡通信的以太網技術，IB技術的形勢也非常嚴峻。就在4月17日，Nvidia收購Mellanox獲中國監管批準。也就是說，Nvidia的云端人工智能的生態和Mellanox云端人工智能核心技術結合到一起，構筑了更加高的競爭壁壘，也意味著歐美半導體公司在云端計算領域正在加快進步的步伐。

我對外依存度高

事實上，在芯片、有源器件、無源器件、光模塊四類光通信器件中，有源光收發模塊在光通信器件中占據超過50%的份額。依據工信部2017年12月發布的《中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018-2020年）》（全文可參閱文末原文鏈接），以近年來在網絡中大規模部署的高端100G光通信系統為例，其中的可調諧窄線寬激光器、相干光發射/接收芯片、電跨阻放大芯片、高速數模模數轉換芯片、DSP芯片均依賴進口。

而對于硅光子芯片，國內只有少數供應商涉足10Gb/s以上的產品，25Gb/s還處在送樣階段。盡管這兩年來國內在硅光芯片上也取得了突破性進展：自主研發的首款商用“100G硅光收發芯片”已經投產使用；2019年阿里巴巴也研制成功基于硅光技術的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是我們必須依賴國外的。

唯有砥礪前行

從常規行業競爭來說，目前正是硅光產業和人工智能技術爆發的黎明前，各類技術平臺還不是很成熟，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，最近國外有關六角硅鍺和鍺錫合金的硅光源進展，以及采用碳納米管制成的芯片等成就，迫使我們意識到一旦國外突破某一類技術，就會形成很高的技術壁壘。就意味著在未來技術高速發展時期，我們和國外的技術差距會越來越大，再想追趕會付出更大努力。

從非常規競爭的角度考慮，一旦因為政治原因我們無法使用這些技術，國內公司又無法填補空白，這將對以人工智能為代表的新基建造成無可估量的損失。考慮到這些年發生的事件：15年禁售超算至強（XEON）芯片，2018年的中興制裁，2019年的華為制裁，這種擔憂并不是杞人憂天。結合當下的疫情和國際輿論，我們必須未雨綢繆，并持續堅定地推進光子芯片的研發。