CAICT：我國(guó)已開(kāi)始400G光模塊批量部署 800G應(yīng)用尚處探索階段

　　近日，中國(guó)信息通信研究院發(fā)布《信息光子技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報(bào)告(2024年)》。報(bào)告指出，“信息光子”是光子學(xué)與信息科學(xué)的交叉領(lǐng)域，將光子作為載體，通過(guò)操控光子實(shí)現(xiàn)信息的獲取、傳遞、處理和呈現(xiàn)。

　　“信息光子”橫向包含光采集、光連接、光算存和光呈現(xiàn)四大細(xì)分領(lǐng)域;縱向包含核心光子芯片器件和材料、模塊級(jí)產(chǎn)品、系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品，并進(jìn)一步賦能上層各類(lèi)業(yè)務(wù)及應(yīng)用，價(jià)值鏈不斷延伸。

　　其中在光連接方面，持續(xù)向高速率、大容量、多場(chǎng)景等方向演進(jìn)。

　　高速率方面，早期由城域和干線電信網(wǎng)絡(luò)引領(lǐng)驅(qū)動(dòng)，迭代速度較慢，約10年更新一代。當(dāng)前，在人工智能的驅(qū)動(dòng)下，數(shù)據(jù)/智算中心互聯(lián)成為最主要應(yīng)用場(chǎng)景，市場(chǎng)規(guī)模約為電信網(wǎng)絡(luò)的1.5-2倍，早期為3-4年更新一代，也是在AI影響下，迭代周期將進(jìn)一步縮短。

　　目前，直調(diào)直檢光連接當(dāng)前處于800Gb/s速率,其中基于單通道100Gb/s的800Gb/s光模塊基本成熟，基于單通道200Gb/s的800Gb/s、1.6Tb/s光模塊加速研發(fā)，預(yù)計(jì)未來(lái)1-2年進(jìn)入1.6Tb/s速率，2030年3.2Tb/s將走向規(guī)模應(yīng)用。

　　干線網(wǎng)絡(luò)相干光連接當(dāng)前處于單波400Gb/s，預(yù)計(jì)2030年主流應(yīng)用將達(dá)到單波800Gb/s，2035年后進(jìn)一步向單波T+b/s挺進(jìn)。同時(shí)，相干技術(shù)由干線/城域向百km及以?xún)?nèi)中短距應(yīng)用下沉，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)單波T+b/s。

　　另外從基礎(chǔ)光電芯片的角度，業(yè)界將始終瞄準(zhǔn)最少通道的技術(shù)方向，已開(kāi)始向100GBd及以上光電芯片平臺(tái)演進(jìn)升級(jí)。同時(shí)在材料方面，III-V族、硅基光電子、薄膜鈮酸鋰等競(jìng)相發(fā)展，光子集成、先進(jìn)封裝技術(shù)也在加速演進(jìn)。

　　大容量方面，頻譜擴(kuò)展是短期內(nèi)提升系統(tǒng)容量的有效方式，在干線和城域網(wǎng)絡(luò)中，隨著單通道速率由100Gb/s提升至400Gb/s，12THz C+L即將邁入規(guī)模部署。未來(lái)5-10年將進(jìn)一步通過(guò)更寬頻譜拓展、空分復(fù)用系統(tǒng)和空芯光纖等方式實(shí)現(xiàn)傳輸容量提升。

　　另外，波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)(WSS)、陣列光開(kāi)關(guān)(OCS)等全光交換技術(shù)以大顆粒交換提升系統(tǒng)容量。未來(lái)2-3年，WSS將實(shí)現(xiàn)32維C+L波段一體化、OCS將實(shí)現(xiàn)300-500端口;未來(lái)5年，WSS將實(shí)現(xiàn)48/64維、OCS將實(shí)現(xiàn)1000端口。

　　應(yīng)用場(chǎng)景方面，陸地光通信由電信網(wǎng)絡(luò)、行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等傳統(tǒng)領(lǐng)域向智算/超算互聯(lián)、算間互聯(lián)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域擴(kuò)展，并進(jìn)一步由陸地向空間、水下、車(chē)內(nèi)、以及芯片級(jí)等范圍延伸，助力構(gòu)建空天地海一體化協(xié)同網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用領(lǐng)域和連接范圍不斷擴(kuò)展。

　　具體而言，在空間，激光通信可為星-星、星-地之間提供高指向性、高帶寬連接手段;在水下，可見(jiàn)光通信將成為繼聲波、射頻之后的又一重要水下連接技術(shù);在車(chē)內(nèi)，車(chē)載光總線將成為車(chē)輛電子化、智能化連接技術(shù)極具競(jìng)爭(zhēng)力的選擇。

　　報(bào)告還指出，隨著數(shù)據(jù)/智算中心的快速發(fā)展以及5G-A/6G持續(xù)推進(jìn)，光連接需求不斷增長(zhǎng)，并逐步由模塊或板卡極光互連向片間/片上光互連演進(jìn)。

　　片間光互連以光電合封(CPO)和光輸入輸出(OIO)為研究熱點(diǎn)。CPO低功耗的特性有助于數(shù)據(jù)中心綠色升級(jí)，根據(jù)博通數(shù)據(jù)CPO系統(tǒng)功耗相較可插拔光模塊可降低50%以上，另外硅基光電子集成方案成為CPO主流路線，目前CPO產(chǎn)業(yè)鏈由交換機(jī)巨頭牽引，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)體系也已經(jīng)初步建立。OIO是算存架構(gòu)中的重要互連方案，產(chǎn)業(yè)鏈由計(jì)算巨頭牽引，標(biāo)準(zhǔn)研制尚處初期。

　　片上光互連方面，大規(guī)模集成電路需要高密度、長(zhǎng)距離布線，引發(fā)帶寬、能耗、時(shí)延等瓶頸問(wèn)題，片上光互連可支撐實(shí)現(xiàn)大量長(zhǎng)距通道，若擴(kuò)展至整個(gè)晶圓，則可實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)光互連網(wǎng)絡(luò)。其研究重點(diǎn)包括光子器件、交換機(jī)制、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由算法等，目前處于發(fā)展早期階段。

　　技術(shù)演進(jìn)趨勢(shì)之外，報(bào)告指出，Omdia數(shù)據(jù)顯示，2023年全球光連接用光器件(包含光模塊及芯片)市場(chǎng)規(guī)模約124.07億美元，在數(shù)據(jù)/智算中心互聯(lián)等需求驅(qū)動(dòng)下，2024年市場(chǎng)規(guī)模將顯著增長(zhǎng)。

　　從區(qū)域分布來(lái)看,市場(chǎng)增長(zhǎng)動(dòng)力主要來(lái)源于北美，谷歌、英偉達(dá)在人工智能集群中已規(guī)模部署800Gb/s光模塊、即將邁入1.6Tb/s時(shí)代;亞馬遜、Meta即將部署800Gb/s光模塊。我國(guó)已開(kāi)始400Gb/s光模塊批量部署，800Gb/s應(yīng)用尚處探索階段。在全球光模塊器件企業(yè)市場(chǎng)份額方面，我國(guó)企業(yè)與美國(guó)平分秋色，多家企業(yè)位列全球TOP10。