2026年年底的这个系列,10月31日是第1小节,聊一下AI大算力和光模块的发展趋势

2023年的那个夏天,咱们光模块产业随着AI算力中心组网的订单,太多厂家进入这个快车道。三年的时间,产业需求与技术发展之间相伴调整前行。
未来的产品需求,对技术而言是方向性的。
订单,是可以快速落地的。
但技术的发展,是有客观规律的,从有需求有想法,到能不能研发出来,需要时间,也存在未知风险。技术从实验室研发到大规模的生产制造,同样面临生产效率、成本等一系列问题,最终到达客户的实际应用还要面临可靠性的一层层验证。
早些年的光通信,一代技术可以跨越十年的部署周期,现如今这个周期被极大的压缩,就会看到技术发展的客观规律与客户订单激增之间的那啥。
看一下这个快速周期里,产业往返回复的需求变迁。
闲聊一个AI的组网角度,按距离划分的一些技术pk点。
AI需要大算力,需要算力集群,需要大规模组网,自然组网也就有短距、中距、长距的各种传输路径。
短距的信息传输拓展,或者叫节点内拓展,Scale-up,是电通信与光通信的Pk,
电缆通信的优势是无需电光转换,劣势是传输距离很短,铜缆很重很贵。Y12T271 为何射频电缆的传输距离只有几米
光通信的优势是传输距离比电缆长,劣势是需要电光转换,光学芯片失效率较高,半导体光芯片如VCSEL的PN结温与氧化孔径相关,具有参数选择的矛盾性。Y12T77 VCSEL的模式、带宽与可靠性的矛盾
这个时候就有一个技术说,我可以。μLED说我比电缆传的远,我比VCSEL芯片更简单没有那个技术选择的矛盾性。但是很多人进入μLED的领域后发现,衍生的技术挑战包括,μLED的调制速率远远低于VCSEL通信和电缆通信,低两个数量级; μLED阵列与光纤阵列耦合难度极大,又提出成像光纤替代通信光纤阵列的想法.....,后边还有串扰、波长与信道损耗等一系列问题。
这个时候,就又又提出一种塑料微波通信的思路,这种思路是电信号传输,是射频电缆的延续,但不用铜缆,而是在微波载波上调制电信号并通过微波导管实现低损耗传输。避免了μLED和VCSEL在Scale up节点的光通信的各种耦合、各种光电电光转换的难题,同时避免了铜缆射频损耗的难题。但是塑料微波是载波通信,微波的载波频率远远低于光载波频率。导致微波的载波信号频率也很难提高。
中距离传输,或者叫节点间互联,scale-out,是单模IM-DD的pk领域,EML方案,SiPh方案、TFLN方案的各种pk。Y12T254 EML与硅光SiPh之争,争的是什么?
每个方案都还有各种细节分类。EML有InP类型、Si+Ge搭配类型、Si+InP类型等等。EML分单端驱动/伪差分驱动/差分型。EML差分结构还有单段差分/串联双吸收区差分/行波差分等等...., SiPh硅光方案有微环MRM型、MZM型、EAM型等等。SiPh硅光方案还分单调制器集成型/调制器与探测器集成型/激光器调制器及探测器集成型..., TFLN有氧键合型/BCB黏合型,TFLN还分刻蚀波导型与非刻蚀型,TFLN分x cut与Z cut晶体方向,TFLN的电极分推挽式、T型、L型等等,TFLN的衬底分绝缘衬底和半导体衬底....
长距离组网传输,或者叫DCI,或者叫跨域互联,Scale-across,是IM-DD与Coherent的pk,也有了IM-DD的增强设计,Coherent还分传统相干、轻相干或折叠相干等方案。
再聊一个AI组网角度,功耗
AI那么大的算力,一个组网系统的功耗非常大,其中光模块的总功耗能占据系统功耗大约一半,大功耗导致模块内部温度极高,如何降低功耗,成为大家心头一堵墙。
传统的热插拔光模块,功耗随着800G、1.6T、3.2T、6.4T、12.8T的容量提升,功耗越来越大,越来越大,越来越大。
就有了LPO的低功耗策略,光模块的热插拔类型不变,将内部最大的耗电芯片DSP挪走,可降低功耗。但后来一用,发现DSP还是干事情的,没了DSP,导致性能下降了。
再后来提出LRO,Y12T268 简单区分DPO、FRO、LPO、LRO、TRO、CPO、LDO、NPO,用一半DSP,兼顾一下功耗与性能。现在这个方案已经进入标准讨论。
CPO,大家给予高度期望,低功耗高密度小尺寸,现在面临的问题是散热、翘曲等一系列衍生的技术困难。Nvidia在2025提出硅光CPO,在2026讨论VCSEL替代硅光的技术探讨,Y12T269 Nvidia:高速VCSEL CPO用于Scale up的短距传输的观点,同时制定了传统可插拔的USFP结构。这是从可插拔到CPO,再折回到可插拔的光模块外型结构的变迁。时间跨度2025年初-2026年末。
NPO在2026年极为热闹,在2025 CPO落地发现可靠性风险,但传统可插拔如OSFP的性能难以延续低功耗高速率的发展之路后,提出的折中路线。性能与功耗处于可插拔与CPO之间,但容易落地。Y12T161 华为:NPO产业发展现状,Y12T265 华为海思3.2T NPO、7.2T NPO及未来16T光引擎技术发展,Y12T267 博通:VCSEL NPO进展,功耗1.5pJ/bit,Y12T266 CIOE2026深圳光博会匆匆一览
在光模块如何降低功耗这条技术路径上,大家在思考的降低功耗,发现新问题,再补坑或折中选择,不断的探索。
除了光模块之外,AI组网系统还讨论从传统的电交换用新型的低功耗光交换OCS来处理,但OCS光交换的难点是,如何在有限的OCS矩阵中实现低损耗大容量的交换。
光模块降低功耗有挑战,OCS的落地有挑战,那如果就允许光模块这种大功耗存在呢,就考虑的是如何散热。通过即时有效的散热设计,让光模块可以在大功耗的前提下可正常工作。
就有了从风冷到液冷的技术。
刚才提了两个维度略聊了一下,AI组网算力提高对技术发展的需求和技术发展客观规律之间的探索。
这是一种螺旋式的技术发展结构,从可插拔到共封装,再回到可插拔的技术路线,其实是间接推动了可插拔光模块的发展。从共封装到近封装,看似从超低功耗到较低功耗的退步,但近封装可落地的产业技术可用来支持共封装技术的未来突破。
螺旋式的发展,也是发展。
类似的还有很多,如编码格式从NRZ到PAM4,再回到NRZ,也是螺旋式的。
跨域互联从固定波长到可调谐波长再回到固定波长,也是螺旋发展。
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