硅光，大爆发

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文章摘要

硅光子技术正在重塑数据中心架构，其核心变革体现在横向与纵向扩展网络的升级路径上。横向扩展网络依赖可插拔光模块连接大量机架，而纵向扩展网络中GPU集群的密集互连将推动光纤需求爆发式增长。市场数据显示，光器件规模预计从2023年的130亿美元跃升至2030年的250-310亿美元，其中AI网络成为关键驱动力。

光纤通信的物理基础在于单模光纤的精密结构。直径仅9微米的玻璃纤芯通过全反射原理传输红外波段光信号，康宁等企业年销售额已超60亿美元。硅光子技术利用O波段低损耗特性，结合粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWDM）技术，实现单根光纤的多通道数据传输。值得注意的是，尽管采用统一单模光纤标准，不同波长方案和连接器设计仍可能导致互操作性问题。

可插拔光收发器构成当前市场主力，其核心组件包括激光器、CMOS芯片和硅光子芯片。Coherent预测该细分市场将从2023年60亿美元增长至2030年250亿美元，1.6T/3.2T高速产品将成为主流。谷歌创新的光路交换机（OCS）采用MEMS微镜技术，能动态重构数千个TPU的互连拓扑，Lumentum和Coherent等供应商已将潜在市场规模预估上调至30亿美元。更前沿的二维光通信系统正在多个初创公司推进样品测试。

共封装光学（CPO）技术展现出显著优势。英伟达与博通计划2025年推出CPO交换机，其功耗仅为可插拔方案的三分之一，对于超千链路的机架配置意义重大。Ayar Labs演示的加速器设计中，8个光引擎芯片集成256根光纤，未来将直接嵌入硅中介层。行业共识认为，铜缆在纵向扩展中已接近性能极限，光纤带来的低延迟、高带宽特性将成为AI加速器持续进化的关键。

制造端呈现剧烈变革态势。GlobalFoundries通过收购AMF确立硅光子代工领先地位，预计2026年收入达3亿美元，2030年突破10亿。Tower Semiconductor推出300mm工艺补充现有200mm产线，而台积电凭借COUPE工艺可能后来居上——其垄断性AI芯片代工地位将自然延伸至光子领域。DataM Intelligence预测2031年硅光子IC市场达320亿美元，封装成本可能等同芯片本身价值。

技术层面存在独特挑战。硅光子设计仍处”前PDK时代”，设计师需从物理原理构建器件库，Synopsys等工具尚未形成完整解决方案。采用SOI晶圆制造的波导需严格控制弯曲半径，微环调制器等关键元件尺寸直接影响CPO集成密度。信号损耗管理贯穿整个设计流程，锗探测器、光栅耦合器等特殊结构进一步增加工艺复杂度。

产业转型已进入快车道。台积电可能在未来五年内实现硅光子代工八倍增长，其标准化PDK体系将加速复杂光子芯片开发。随着光引擎与计算芯片深度集成，带有黄色光纤的电路板将成为数据中心标配。这种变革不仅限于网络设备，还可能延伸至服务器处理器互连架构，最终取代传统PCIe接口。