2025年，全球AI大模型賽道硝煙瀰漫，以ChatGPT、Grok、DeepSeek和Gemini為首的四大通用語言模型以前所未有的速度迭代，重塑著技術與商業格局。ChatGPT依託封閉的MoE（Mixture of Experts）架構構建出領先的多模態生態體系，其成熟的API服務體系已佔營收的70%，展現出極強的變現能力；Grok則以動態推理網路為核心，主打即時資料響應，並透過與X平臺深度捆綁實現商業化突破；DeepSeek以開源模型為基礎，針對中文場景深度最佳化，廣泛部署於政企私有化系統中，快速拓展本地市場；Gemini則依託Google Pathways系統，具備強大的算力基座，且已深度整合至Workspace生態，打通了辦公與AI應用的邊界。
在這場激烈的技術與生態競速背後，是AI巨頭們對算力的持續投入和對高速、低延遲資料互動的迫切需求。這種需求，正驅動著矽光互連技術以前所未有的速度向前發展。根據Yole Group的研究，預計到2029年，矽光整合晶片（PIC）市場規模將超過8.63億美元，在2023年至2029年期間的複合年增長率將達到45%。
PIC市場預測（圖源：Yole Group）
矽光技術廣泛的市場應用（圖源：Yole Group）
矽光子技術持續快速發展，其多樣化的應用預示著未來巨大的機遇。4月23日至25日，在第三屆九峰山論壇暨化合物半導體產業博覽會上，“矽光”無疑成為最受矚目的焦點之一。來自世界各地的與會專家學者、產業界人士紛紛聚焦這一前沿技術，探討其在應對AI時代算力挑戰中的關鍵作用與未來潛力。而更加欣喜的是，中國在矽光子學領域取得了顯著進步，併力爭成為全球領先者。
2025九峰山論壇嘉賓陣容強大
業界共識：光互連在AI時代優勢盡顯
“相較於傳統電互連方案，光互連在高速率、低延時和低功耗的長距離資料傳輸方面展現出無可比擬的優勢。”中國科學院半導體研究所助理研究員謝毓俊指出。
海思光電子有限公司技術專家曹攀也表示，智算中心網路中高速、大容量的光互聯是支撐大模型高效訓練的關鍵技術。他指出，EML（電吸收調製雷射器）因其高頻寬、良好輸出功率、優異消光比、低驅動電壓、緊湊尺寸、低功耗和成本效益而成為一種有前景的解決方案。海思光電透過最佳化晶片設計、器件封裝和創新的系統方案，使EML支援的單Lane速率從100Gbps提升至200Gbps。此外，海思光電子的高速EML雷射器實現了高達110GHz的3dB頻寬，併成功實現了30km標準單模光纖傳輸。
騰訊光網路架構師封建勝聚焦於智算中心超大規模互連網路對高質量、高頻寬和高效能價效比的需求。他指出，具備高效能、大余量等優點的平層光互連技術可成為質量更高、故障率更低的光互連解決方案。
華工正源光子技術有限公司總經理胡長飛表示，如果將AI比作一個人，GPU無疑是AI的“心臟”，LLM（大規模語言模型）則是AI的“大腦”，而資料是AI的“血液”。在這個類比中，光模組便是AI的“動脈”，是確保資料在AI系統中高效流動的核心部件。光模組不僅是AI的賦能者，它的作用日益凸顯，特別是在大規模計算和資料傳輸中，起到了至關重要的作用。在Spine-Leaf-TOR（Top of Rack）架構中，光互聯技術可以將GPU擴充套件到上萬甚至十萬卡的叢集。這種高速連線使得AI系統能夠在大規模計算中高效工作，為高效能計算提供了強有力的支撐。
華中科技大學三位資深學者對光通訊與光計算領域的前沿趨勢有著深刻洞察。華中科技大學光學與電子資訊學院黨委書記、未來技術學院執行院長唐明指出，光電融合整合有望結合光子學和電子學優勢，在低功耗和複雜度下實現高效能短距相干光傳輸，解決智算互連需求。華中科技大學教授鄧磊聚焦行動通訊，認為模擬光載射頻（A-RoF）技術因其高頻譜效率、低時延和簡化基站結構而受關注。華中科技大學教授董建績則認為，光子計算憑藉高速、低延遲、低功耗和並行性，有望互補電子計算，突破算力和功耗瓶頸，並闡述了“黑盒式”物理訓練模型在可重構片上衍射神經網路和大算力平行計算核心處理器中的應用，
光模組，邁向3.2T
在當前的伺服器和資料中心中，矽光技術通常是以各種型別的光模組的形式存在的。
華工正源總經理胡長飛指出，當前光模組的主要技術路線包括DPO（Digital Optical Process）、LPO（Low Power Optical）、NPO（New Power Optical）和CPO（Co-Packaged Optics）。其中，基於DSP的DPO技術具備MPI檢測和迴環功能，便於故障排查。然而，並非所有應用場景都必須採用這些功能。相比之下，LPO和CPO則依賴ASIC晶片實現MPI檢測，且CPO因電氣通道更短，在功耗方面更具優勢。
功耗差異是DPO、LPO和CPO光模組之間顯著的區別。以1.6T DR8模組為例，DPO的功耗最高，約為25W；LPO次之，約為15W；而CPO的功耗相對最低，通常在10W左右，凸顯了CPO技術的節能潛力。共封裝光學技術已被業界視為極具潛力的下一代光互連方案。值得關注的是，英偉達已在其InfiniBand和乙太網交換機中採用了CPO技術，未來NVLink交換機是否跟進，成為行業關注的焦點。更令人振奮的是，作為全球排名前八的光模組廠商，華工正源正積極研發3.2T CPO模組，這一技術突破有望為光通訊領域帶來深遠的影響。
騰訊光網路架構師封建勝也分析了現有方案的優劣。他指出，在誤位元速率方面，DSP方案表現最優，其次是LRO和LPO方案。因此，選擇合適的技術方案需要綜合考量多種因素。針對現有方案，他提出了以下改進建議：首先，採用平層光互聯技術以提高靈敏度點的誤位元速率裕量；其次，需要矽光Foundry開發異質整合工藝，在矽光晶片中整合低噪聲SOA；最後，開發者應具備端到端的設計和模擬能力。
在光模組領域，整合矽光子（SiPh）模組技術是一個熱門的發展方向，它透過將多個光學功能整合到單一的封裝中，顯著簡化了模組的結構。與傳統設計相比，整合矽光模組減少了約30%的零部件數量，從而降低了成本，提升了可靠性，並大幅提高了傳輸效率。同時，基於InP/GaAs化合物半導體的高速光晶片，成為了高速連線的核心驅動。
總的來說，光模組的技術演進路徑清晰可見：逐漸從當前的單波長100G、400G、800G DR4/DR8技術，逐步發展至單波長200G、400G 3.2T DR8/2xFR4技術，以及共封裝（CPO）單波長100G、200G的MRM DR/FR Trx技術。
矽光前路，並非坦途
誠然，光學技術正展現出顛覆性的潛力，然而，如同硬幣的兩面，其發展道路並非坦途。眾多專家、學者與企業高管敏銳地洞察到矽光技術層面存在的諸多挑戰，並積極探索應對之策，為行業未來的穩健發展注入思考。
謝毓俊強調，當前光互連技術在頻寬密度、能耗效率和互連延時等方面仍存在瓶頸。突破這些瓶頸，亟需在新型光電子材料研發、光電子器件結構拓展、矽基異質異構整合、光電子與微電子深度協同以及高密度整合等技術路線上取得進展。唯有透過新材料與新方法的光電融合整合研究，方能為下一代AI大模型等互連應用提供關鍵的技術支撐。
中國科學院半導體研究所副所長薛春來聚焦於矽基光電子學對片上整合紅外發光及探測器件提出的更高要求。他指出，鍺與鍺錫材料因其與矽襯底的良好相容性以及在紅外光區優越的光電性質而日益受到重視。然而，傳統的外延技術工藝溫度過高、材料質量不穩定，而基於此類材料的矽基Ⅳ族紅外探測器也面臨著製備工藝不成熟、效能不良等問題，制約了矽基光電子學的進一步發展。
說到材料，蘇州工業園區奈米產業技術研究院有限公司MEMSRIGH總經理、中國半導體行業協會MEMS分會秘書長蔡勇強調，在高速光通訊與整合光子領域，薄膜鈮酸鋰（TFLN）憑藉其優異的電光特性已成為新一代光子晶片的核心材料。
作為國內領先的MEMS代工廠，MEMS RIGHT採用Foundry模式加速TFLN技術產業化程序，透過輕資產運營、聚焦製造環節專業化分工和依託全流程服務能力，構建了從研發、中試到量產的完整MEMS生產鏈。蔡勇表示，MEMS RIGHT已實現大線寬模斑轉換器高速電光調製晶片的成功流片，並積極與產業鏈合作伙伴深度協同，共同推動薄膜鈮酸鋰技術的發展與應用，構建“技術研發－工藝驗證－規模量產”的產業閉環。
中國科學院物理研究所研究員、中國科學院奈米物理與器件重點實驗室主任張建軍也談到了矽基光電融合發展的瓶頸：缺少可單片整合的矽基雷射器。他認為，矽基直接外延生長InAs/GaAs量子點雷射器是解決這一難題的關鍵路徑。張建軍團隊透過在矽圖形化襯底上構築具有孔洞的V型結構，有效克服了矽上生長GaAs所面臨的晶格失配、極性失配和熱失配等挑戰。在論壇報告中，他詳細介紹了其團隊在矽基直接外延生長高質量GaAs薄膜材料、矽基及SOI基InAs/GaAs量子點雷射器、量子點雷射器抗反射特性以及單片整合量子點雷射器等方面的最新研究進展，並分享了他們在矽基GaSb材料外延方面的研究工作。這些成果為實現高效能、低成本的矽基光互連晶片奠定了堅實的基礎。
IMEC光子學研究組教授Wim BOGAERTS強調了可程式設計光子學在推動日益增長的光子積體電路（PIC）生態系統及其在各種不同領域應用擴充套件中的巨大潛力。 他指出，PIC技術對於網際網路基礎設施、資料中心和先進人工智慧應用的發展已經變得至關重要。IMEC光子學研究組教授BOGAERTS坦言，儘管強勁的市場需求促進了PIC製造量、成熟度和良率的提高，但PIC的商業應用仍然缺乏多樣性，實驗室演示轉化為成功的商業產品仍然面臨諸多挑戰，其中一個重要原因是PIC漫長且不成熟的開發週期。他呼籲業界共同努力，加速PIC的開發和商業化程序，以充分釋放其在感測、儀器和訊號處理等眾多領域的巨大潛力。
鄧磊也指出，模擬光載射頻（A-RoF）技術也面臨著動態範圍受限、非線性損傷和訊號保真度低等挑戰，其大規模部署應用需要晶片、模組到系統的全鏈條創新。針對這些關鍵難題，鄧磊及其團隊開展了深入研究：他們構建了晶片、器件和系統各層級的A-RoF全鏈路模型，實現了高精度的線性與非線性誤差控制；攻克了多通道射頻光收發模組封裝中的線性度、通道一致性和串擾等技術難題，並在五年內開發了三代四通道/八通道整合射頻光收發模組，展現出卓越的效能指標；此外，他們還基於肖特基二極體構建了非線性預失真模組，顯著提升了A-RoF鏈路的SFDR效能；並面向光生毫米波系統提出了相應的量化噪聲整形演算法，成功實現了高保真度的30GHz、12Gbps毫米波傳輸。
有挑戰，亦有成就
儘管前路尚存挑戰，但矽光領域正以蓬勃的創新活力不斷取得令人矚目的成就，為未來的資訊基礎設施和新興應用注入強大的驅動力。
北京摩爾芯光科技有限公司總監賈連希介紹了公司在基於矽光子技術的調頻連續波（FMCW）雷射雷達領域的最新成果。他表示，近年來，矽光子FMCW雷射雷達取得了長足的進展。摩爾芯光的FMCW雷射雷達利用高度整合化的SoC晶片實現了FPGA替代，有效解決了FPGA架構中硬體設計複雜、功耗過高等技術挑戰。 憑藉其原生的抗干擾能力，無論在各種天氣狀況下，FMCW雷射雷達都能保持穩定的效能，有效避免鬼影和高反膨脹現象。
薛春來團隊利用自行設計搭建的UHV-CVD系統，創新性地使用高活性Ge2H6與SnCl4氣體源，實現了高質量鍺與鍺錫材料的低溫高效穩定製備。基於矽上外延的p-Ge/i-GeSn/n-Ge結構，他們成功製備出全球首個矽基鍺錫320×256面陣，並實現了真實物體的短波紅外成像。透過不斷最佳化材料外延及器件製備工藝，其鍺錫器件在短波紅外光區實現了超越文獻報道水平的高響應度，效能已接近商用應變InGaAs探測器水平，為矽基光電子學在紅外探測領域的應用打開了新的大門。
為滿足高容量資料中心和長途互連對緊湊且可擴充套件的光學放大解決方案的迫切需求，EDWATEC SA團隊成功利用低損耗氮化矽波導技術結合精確的鉺離子注入方法，克服了片上光學放大長期存在的限制。他們最新的EDWA設計實現了前所未有的小訊號增益（超過30 dB），輸出功率高達200 mW，佔地面積小於5 mm²，與基於光纖的放大器相比，體積縮小了近千倍。此外，EDWATEC的鉺雷射器還表現出卓越的效能，線寬窄至50 Hz，在C波段和L波段具有廣泛的可調諧性，並且能夠抵抗環境擾動。EDWATEC SA首席技術官兼聯合創始人Amir YOUSSEFI表示，這些進步不僅彌合了傳統光纖技術和半導體雷射器之間的關鍵差距，而且為衛星通訊、深海光纖網路和LiDAR系統等多個領域開闢了新的機遇。
總結
此次九峰山論壇上關於矽光技術的深入探討，充分展現了這一前沿技術在應對AI大模型時代算力挑戰中的核心地位。從關鍵器件如矽基雷射器的突破，到系統級的創新如模擬光載射頻和光電融合整合，再到新興應用如光子計算和矽光子雷射雷達，中國乃至全球的科研機構和產業界都在積極探索矽光的無限潛力。
可以預見，隨著AI技術的持續發展和對算力需求的不斷攀升，矽光互連技術將迎來更加廣闊的發展空間和更多的創新機遇，成為支撐下一代資訊基礎設施的關鍵力量。然而，正如與會專家所指出的，要實現矽光技術的大規模應用，仍需在材料、工藝、設計和生態建設等方面持續投入和創新，攻克現有瓶頸，最終實現高效能、低成本、高可靠性的光互連解決方案，賦能AI時代的蓬勃發展。
END
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