他認為，從互聯(lián)和計算來(lái)看，光互連可為計算提供高性能I/O接口，硅光計算產(chǎn)業(yè)整體處于初步探索階段，預計將先在部分特定應用市場(chǎng)中形成產(chǎn)品競爭力。成為使后摩爾時(shí)代計算技術(shù)突破傳統微電子計算極限的可選方案，可實(shí)現更低能耗、更小延遲以及更大帶寬。
數據中心助推硅光加速發(fā)展
算力時(shí)代需要高速運力大動(dòng)脈，數據中心互聯(lián)（DCI）市場(chǎng)規模平穩增長(cháng)。目前400G應用逐步提升，即將進(jìn)入大規模部署階段，800G應用也開(kāi)始啟動(dòng)。從整體發(fā)展的態(tài)勢來(lái)看，數據中心高速光連接推動(dòng)底層光器件向集成化、低成本、低能耗方向發(fā)展。可以說(shuō)，數據中心高速光連接構建了算力承載全光底座。
趙文玉表示，從目前的發(fā)展來(lái)看，全球算力規模不斷增大，對超高速和高能效計算的需求呈指數級增長(cháng)。現有的馮諾依曼架構下的傳統電子信號處理器難以同時(shí)實(shí)現高算力和低能耗。探索更多維度、更多要素的協(xié)同創(chuàng )新成為支撐綠色算力升級的重要舉措。在國家層面，我國正在推進(jìn)關(guān)鍵前沿領(lǐng)域的戰略研究布局和技術(shù)融通創(chuàng )新。
據悉，硅光在數據中心應用的三大驅動(dòng)力：基于A(yíng)I與ML的工作量增加、混合集成使能chiplet集成、EPDA軟件的發(fā)展。目前100G中短距和400G及以上短距應用優(yōu)勢明顯。
談到CPO，趙文玉稱(chēng)，CPO正向更高集成度演進(jìn)，硅光方案成主流。現有的實(shí)現方案光引擎，主要圍繞在交換芯片四周。光引擎由電芯片(EIC，由TIA、Driver等構成）以及光芯片(PIC，由光探測器、調制器等構成)以及其他控制單元構成，最終目標是完全的單片集成。
另外傳統的分立封裝架構、調制器和PD異質(zhì)異構設計無(wú)法滿(mǎn)足大容量小型化的光引擎設計需求。自然而然，硅光集成技術(shù)在近年來(lái)成為CPO光引擎的主要方案，典型的技術(shù)特性有CMOS兼容、非氣密封裝、以及56GBaud高速速率。
隨著(zhù)技術(shù)方案的推出和多廠(chǎng)家的研制，近期硅光CPO樣機不斷推出。英特爾、Ranovus，以及Broadcom陸續都推出了先進(jìn)的CPO樣機或者正式的產(chǎn)品。
與此同時(shí)，硅光還在助力解決相干模塊尺寸與成本問(wèn)題。相干調制以及合分波器件的高度集成化，透鏡等分立元件數大量減少，同時(shí)可采用非氣密BGA接口，封裝尺寸小，成本低。硅光集成芯片規模商用有望使相干技術(shù)降低成本從而進(jìn)一步下沉。目前，硅光相干在400G時(shí)代以ZR/ZR+為主要應用；更高速率的800G ZR、ER1、LR、LR1標準正在研究當中，相干有望下沉至2-10km 場(chǎng)景。
趙文玉透露，面向5G的光電子芯片與器件技術(shù)公共服務(wù)平臺，中國信通院聯(lián)合上海新微、中科光芯、中興光電子，依托工信部產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎公共服務(wù)平臺國家專(zhuān)項，建設了硅基光電子與高速激光器等芯片器件的仿真設計、制造/封裝工藝、測試驗證公共服務(wù)平臺，促進(jìn)中試熟化及應用推廣。
硅光互連與計算嶄露頭角
目前傳統服務(wù)器架構面臨分解，包括通用/專(zhuān)用計算、AI/ML、HPC和數據存儲在內的各資源池相互解耦，并通過(guò)高達Pb/s接口連接，互連開(kāi)始主導成本和功耗，這為集成硅光I/O創(chuàng )造了巨大驅動(dòng)力。
整體來(lái)看，電I/O適合封裝內的器件間互連，互連損耗使得傳輸距離難以擴展；帶寬與距離矛盾?chē)乐?需要進(jìn)行平衡；基于集成光學(xué)器件或許可以解決這一問(wèn)題。當前，硅光互連已啟動(dòng)初步應用。
在光計算方面，光計算具備高帶寬、低能耗等固有優(yōu)勢。光計算是利用光的物理性質(zhì)進(jìn)行大容量信息處理的光學(xué)運算技術(shù)，具備低延遲、高帶寬、低能耗等固有優(yōu)勢。廣義的光計算是把光作為計算系統的組成部分，狹義的光計算是指在光域實(shí)現信息處理和邏輯運算。其中，最典型的特征有更低能耗的數據傳輸；更快時(shí)鐘，更低延遲；以及強大的并行處理。
趙文玉表示，硅光經(jīng)典計算存在多種典型實(shí)現方式及結構。由于受限于分立光計算系統體積大、兼容性差等問(wèn)題，光計算核心器件趨向于集成化、小型化方向發(fā)展，滿(mǎn)足光計算發(fā)展需求。而硅基光電子因其發(fā)展相對成熟、器件種類(lèi)豐富、工藝兼容等優(yōu)勢，所以成為集成光計算系統的主要技術(shù)。
在硅光經(jīng)典計算領(lǐng)域，以美為首的國外企業(yè)發(fā)展迅速。雖然光經(jīng)典計算產(chǎn)業(yè)規模較小，但歐美有五家較為典型的初創(chuàng )企業(yè)將高校研究成果轉化，形成以光計算為核心的主營(yíng)業(yè)務(wù)。其中Lightmatter采用硅光方案。隨著(zhù)應用需求和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的逐漸完善，預計光計算可初步實(shí)現相對電計算的性能和成本優(yōu)勢，在部分專(zhuān)用市場(chǎng)中形成產(chǎn)品競爭力。
同樣在該領(lǐng)域，我國研究熱情較高但企業(yè)數量較少。近年來(lái)，我國光計算研究熱情較高，多家院所高校均涉足其中，相關(guān)學(xué)術(shù)交流也日益頻繁。但企業(yè)數量較少，以曦智科技、光子算數為代表，沿襲國際高等院校先進(jìn)技術(shù)，已初步實(shí)現商業(yè)化。
與此同時(shí)，硅光量子計算使用光子來(lái)編碼量子比特，以光子的偏振自由度、角動(dòng)量等作為量子比特的變化量測對象，利用集成光量子芯片來(lái)實(shí)現量子糾纏光源、量子糾纏門(mén)、量子比特測量的功能集成，實(shí)現對光量子信息的高效處理、計算和傳輸等功能；以及量子漫步、檢索、分子模擬和組合優(yōu)化等應用問(wèn)題。目前被認為是實(shí)現量子計算的重要路徑之一。
趙文玉坦言，我們看到，當前硅光量子計算產(chǎn)業(yè)處于起步階段。光量子計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展取決于光量子態(tài)制備、光量子態(tài)的操縱、光量子探測，以及器件制作材料、工藝等一系列科學(xué)問(wèn)題的研究進(jìn)展。
“最終光量子計算的發(fā)展最終將落實(shí)到各行業(yè)的具體應用當中，對于產(chǎn)業(yè)界而言，重要的是將量子計算應用與自身業(yè)務(wù)相結合，在某些特定領(lǐng)域找到殺手級應用，并逐步向通用量子計算過(guò)渡。” 趙文玉強調
