硅光技術(shù)，構(gòu)筑云光互聯(lián)未來｜意法半導(dǎo)體布局AI集群高速收發(fā)器市場(chǎng)

人工智能應(yīng)用的爆發(fā)正在重塑全球科技格局，從生成式模型到自動(dòng)駕駛，算力與數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟪手笖?shù)級(jí)增長(zhǎng)。然而，這一波AI浪潮的背后，傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)正面臨前所未有的挑戰(zhàn)——電信號(hào)的帶寬和功耗瓶頸日益凸顯。在這一關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，硅光技術(shù)（Silicon Photonics）以其獨(dú)特的光電融合特性嶄露頭角。憑借超高帶寬和低功耗的優(yōu)勢(shì)，硅光為AI驅(qū)動(dòng)的高性能計(jì)算和數(shù)據(jù)中心提供了全新的解決方案，悄然開啟了信息技術(shù)增長(zhǎng)的新篇章。

意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics，簡(jiǎn)稱ST）已率先布局硅光技術(shù)，致力于構(gòu)筑云光互聯(lián)的未來，為先進(jìn)數(shù)據(jù)中心和AI集群提供強(qiáng)有力的技術(shù)賦能。ST的新一代硅光技術(shù)，結(jié)合其下一代BiCMOS專有工藝，顯著提升了連接性能，滿足即將到來的800 Gbps乃至1.6 Tbps光互連應(yīng)用需求。這不僅為高速數(shù)據(jù)傳輸樹立了新標(biāo)桿，也為AI驅(qū)動(dòng)的計(jì)算集群帶來了更高效的解決方案。與此同時(shí)，ST正攜手價(jià)值鏈上下游合作伙伴，共同制定可插拔、能效更高的光收發(fā)器路線圖，目標(biāo)直指下一代AI集群的GPU互連應(yīng)用，推動(dòng)技術(shù)生態(tài)的協(xié)同創(chuàng)新。

在Edge層面，ST有著深厚的產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)和市場(chǎng)份額，正在憑借強(qiáng)大的MCU/MPU和模擬電源等產(chǎn)品組合，支持邊緣計(jì)算能力的進(jìn)一步提升；而在Cloud這一邊，硅光互連技術(shù)將會(huì)成為ST全新戰(zhàn)略增長(zhǎng)支柱?！拔覀兩钚?，在不斷加速的 AI基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的新時(shí)代，所有的元素都可以通過光連接的方式來進(jìn)行互聯(lián)。”意法半導(dǎo)體射頻和通信子產(chǎn)品部 (RFOC) 副總裁Vincent Fraisse分享到。

云光互連：一個(gè)20億美元的市場(chǎng)，下一代人工智能的關(guān)鍵

數(shù)據(jù)中心中遍布著大量光纖，其兩端通常配備可插拔光電收發(fā)器（Pluggable Transceiver），這一模塊化光通信組件的核心功能是通過光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸——光信號(hào)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過傳統(tǒng)導(dǎo)線傳輸后接入交換機(jī)或服務(wù)器，構(gòu)建靈活高效的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。收發(fā)器由光發(fā)射器（將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)）、光接收器（將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)）、光子集成電路（PIC）、電子集成電路（EIC）、微控制器（MCU）以及外殼組成：在發(fā)送端，電信號(hào)經(jīng)EIC處理后驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)出光信號(hào)，通過光纖傳輸；在接收端，光信號(hào)被光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大和處理后恢復(fù)為原始數(shù)據(jù)?？刹灏问瞻l(fā)器設(shè)計(jì)使其可輕松插入數(shù)據(jù)中心的交換機(jī)或服務(wù)器，為AI、云計(jì)算和電信網(wǎng)絡(luò)提供了理想的互聯(lián)解決方案。

隨著AI應(yīng)用的爆發(fā)，計(jì)算和存儲(chǔ)需求激增，數(shù)據(jù)中心的端口數(shù)量和傳輸速度持續(xù)提升。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)LightCounting的數(shù)據(jù)進(jìn)一步印證了這一潛力：100GbE及以上光模塊（PIC）市場(chǎng)的份額預(yù)計(jì)從2024年的3660萬單元快速增長(zhǎng)至2027年的6850萬，并在2029年攀升至8050萬。而在其中我們可以看到硅光技術(shù)占比將會(huì)持續(xù)提升，從2024年的960萬增長(zhǎng)到2030年的4550萬。值得一提的是，在這4550萬中包含了490萬的芯片級(jí)光封裝（CPO）400G及更高帶寬的光互連端口，而這一新的技術(shù)將會(huì)在2027年之后迎來飛速增長(zhǎng)。

硅光的持續(xù)份額擴(kuò)大放量，不僅得益于整個(gè)市場(chǎng)的增長(zhǎng)，更因?yàn)槠渚邆渑c傳統(tǒng)的EML/VCSEL調(diào)制器更多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。首先，SiPho硅光技術(shù)的傳輸距離更長(zhǎng)、可實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率——至高能夠達(dá)到400Gbps速率和100km的傳輸距離。此外，通過BiCMOS技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)更加線性的EIC，帶來更好的信號(hào)質(zhì)量，從而節(jié)省掉線性可插拔光模塊（LPO/LDO）中的DSP，實(shí)現(xiàn)更低功耗的設(shè)計(jì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離傳輸。

意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics，簡(jiǎn)稱ST）精準(zhǔn)瞄準(zhǔn)這一技術(shù)和市場(chǎng)趨勢(shì)，積極布局硅光技術(shù)在數(shù)據(jù)中心光電收發(fā)器應(yīng)用。正如Vincent分享：“今天的速率已達(dá)到800Gbps，未來預(yù)計(jì)將突破每秒3.2 Tbps，這一趨勢(shì)將驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入一個(gè)長(zhǎng)達(dá)十年的增長(zhǎng)期，到2030年，結(jié)合BiCMOS和硅光的代工市場(chǎng)總規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到20億美元?！边@些數(shù)據(jù)表明，硅光技術(shù)正成為云光互聯(lián)和AI集群革新的核心驅(qū)動(dòng)力，預(yù)示著光通信市場(chǎng)即將迎來一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。

硅光PIC100技術(shù)+BiCMOS B55X代工，ST實(shí)現(xiàn)收發(fā)器關(guān)鍵技術(shù)突破

在硅光收發(fā)器中，電子集成電路（EIC）和光子集成電路（PIC）的協(xié)同優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)高性能、低功耗光學(xué)互聯(lián)的關(guān)鍵。ST憑借其深厚的技術(shù)積累，推出了兩項(xiàng)突破性制造工藝來應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)：BiCMOS B55(X)工藝專為 EIC 提供超高速和低功耗的電子處理能力，而SiPho PIC100 技術(shù)則為 PIC 帶來高效的光學(xué)集成能力。

SiPho PIC100是ST與AWS合作開發(fā)的新型硅光技術(shù)平臺(tái)，能夠支持客戶在一顆芯片上集成多個(gè)復(fù)雜組件。這種緊湊的設(shè)計(jì)，非常適合未來芯片到芯片的GPU互連場(chǎng)景。由于采用了全新的材料堆疊，PIC100取代了傳統(tǒng)的垂直耦合技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)光纖與 PIC 的高效邊沿耦合，這解決了困擾傳輸技術(shù)開發(fā)者的由來已久的系統(tǒng)損耗難題。據(jù)悉，該技術(shù)平臺(tái)分別支持 50 GHz 和 80 GHz 以上的調(diào)制器和光電二極管的帶寬性能，可實(shí)現(xiàn)每通道200 Gbps的能力。這項(xiàng)技術(shù)專為應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)速度、能效、緊湊性、體積和成本效率方面的挑戰(zhàn)而量身定制，適用于提供 800 Gbps 和 1.6 Tbps的下一代可插拔光學(xué)解決方案。

如果說SiPho PIC100 是硅光收發(fā)器的“光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，負(fù)責(zé)敏銳地感知和傳遞光信號(hào)，那么 EIC就是“電子大腦”，掌控著信號(hào)的處理與決策。而BiCMOS，作為制造這一“電子大腦”的精湛工藝，則像是“鍛造大師”，通過其高性能與低功耗的特性，為 EIC 注入強(qiáng)大的計(jì)算能力和效率，確保整個(gè)收發(fā)器系統(tǒng)運(yùn)行如行云流水。

憑借著十多年的BiCMOS技術(shù)沉淀，ST推出了基于BiCMOS的全新工藝——BiCMOS B55和B55X。據(jù)悉，新的B55(X)基于300毫米晶圓制造，擁有前所未有的低噪聲性能以及包括線性度，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的每比特傳輸速率和吞吐量，進(jìn)一步的提升性能的表現(xiàn)水平。在功耗表現(xiàn)上，對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)能夠達(dá)到15%的降低，同時(shí)提供了相比同類一體化技術(shù)更好的性價(jià)比。

未來，當(dāng)數(shù)據(jù)中心從銅纜過度到光纜，就需要一種更為高效的GPU互連方式。而通過TSV技術(shù)，定制的EIC可以放置于PIC100的頂部，實(shí)現(xiàn)垂直堆疊。而PIC100緊湊的尺寸，也使其更易于與不同封裝尺寸的GPU進(jìn)行集成，這既通過OIO chiplet方式來實(shí)現(xiàn)GPU互連的關(guān)鍵。ST也表示將在 PIC100 設(shè)計(jì)平臺(tái)內(nèi)提供構(gòu)建這些光學(xué) IO 所需的所有工具套件，幫助客戶高效應(yīng)對(duì)未來GPU光互連的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)

Vincent強(qiáng)調(diào)，作為一家獨(dú)立的IDM，ST可以掌控供應(yīng)鏈的整個(gè)價(jià)值環(huán)節(jié)。 ST的硅光技術(shù)和BiCMOS技術(shù)結(jié)合，是一個(gè)非常獨(dú)特的光解決方案，能夠?yàn)榭蛻魩韽?qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和供應(yīng)鏈韌性。

在物聯(lián)網(wǎng)和端側(cè)AI的時(shí)代，憑借著強(qiáng)大的MCU和MPU產(chǎn)品家族，ST無疑成為了市場(chǎng)受益者和技術(shù)推動(dòng)關(guān)鍵力量。而隨著AI的爆發(fā)，ST也將目光投向了云光互連的新藍(lán)海，構(gòu)筑起了AI服務(wù)器中數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的關(guān)鍵技術(shù)支柱。

ST SiPho PIC100與BiCMOS B55(X) 的結(jié)合，憑借其高性能、低功耗和生態(tài)協(xié)同的優(yōu)勢(shì)，正成為下一代 1.6 Tbps光收發(fā)器和 AI 集群互聯(lián)的核心驅(qū)動(dòng)力。其深遠(yuǎn)意義不僅體現(xiàn)在技術(shù)突破上，還在于通過廣泛的行業(yè)合作推動(dòng)了光通信市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)?；l(fā)展。面對(duì) AI 時(shí)代的算力洪流，ST 的戰(zhàn)略布局不僅為數(shù)據(jù)中心和 AI 基礎(chǔ)設(shè)施提供了高效、經(jīng)濟(jì)的互聯(lián)解決方案，更為光電融合技術(shù)的未來打開了無限可能。