解析硅光子的技術(shù)原理及市場發(fā)展?fàn)顩r
近來有關(guān)硅光子的相關(guān)信息不斷出現(xiàn)，從2013年1月份的Intel發(fā)布采用硅光子技術(shù)的有源光纜(AOC)，到5月份Mellanox宣布以8200萬美元收購硅光子器件公司Kotura，再到8月份，繼思科收購Lightwire之后華為完成對比利時(shí)硅光技術(shù)開發(fā)商Caliopa公司的并購等等，有關(guān)硅光子的信息不絕于耳。
二十一世紀(jì)，隨著人們對信息量需求的增長，對寬帶速度的要求越來越高，在此驅(qū)動(dòng)下，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已遭遇瓶頸，取而代之的是高速光子微芯片互聯(lián)。基于擁有成熟制作工藝的半導(dǎo)體硅材料而成的硅光子器件將在此領(lǐng)域發(fā)揮特別的作用，欣慰的是，目前硅光子已進(jìn)入全面普及階段。
硅光子技術(shù)原理
硅光子技術(shù)即在硅晶圓上實(shí)現(xiàn)光傳輸，用激光束代替電子信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，是一種基于硅光子學(xué)的低成本、高速率的光通信技術(shù)。硅光子技術(shù)的實(shí)用化和研發(fā)的推進(jìn)改速度都超過了預(yù)期，其中，進(jìn)展尤為快速的當(dāng)屬日本。
光子學(xué)使用的材料是玻璃，光器件是基于玻璃上制作的，這與硅有所不同。由于光的波長對硅而言是透明的，如果信息完全基于硅的基礎(chǔ)上的話，就不能做光接收器，這是硅材料的本質(zhì)不足，尤其是光源方面，所以硅材料不適合做激光器。但是硅光子技術(shù)的應(yīng)用范圍可以從電路板間的數(shù)據(jù)傳輸擴(kuò)大到芯片內(nèi)的傳輸，并且未來硅光子技術(shù)的應(yīng)用范圍有望擴(kuò)大到芯片間和芯片內(nèi)的傳輸，預(yù)計(jì)這方面的應(yīng)用將在2020年左右實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。
有專家表示，硅光子技術(shù)是一個(gè)原理性的技術(shù)，人們可以透過這個(gè)窗口看到以前沒有看到過的東西。如果作為獨(dú)立元件的話，它的優(yōu)勢在于獨(dú)立波長，這不像其他傳統(tǒng)的激光器，傳統(tǒng)的激光器會(huì)產(chǎn)生紅光、綠光，而基于硅光子的獨(dú)立元件能產(chǎn)生傳統(tǒng)激光器產(chǎn)生不了的光。
主流IT企業(yè)研發(fā)推動(dòng)硅光子技術(shù)發(fā)展
目前從全球范圍內(nèi)來看，從事硅光子技術(shù)投資與開發(fā)的公司并不多，全球主要的公司在35家左右，整體上可分為五大類：R&D/MPW、無晶圓、鑄造、設(shè)備和系統(tǒng)。Intel則在硅光子設(shè)備方面處于領(lǐng)導(dǎo)地位，其目前和康寧在基于硅光子光纖方面有密切合作;富士通、IBM和思科等則在系統(tǒng)方面占據(jù)重要位置?，F(xiàn)階段業(yè)界不斷盛傳稱硅光子是革命性的技術(shù)，其市場和產(chǎn)品用途非常廣闊，應(yīng)用跨度也很大，從超過1000公里的長途通信到城域網(wǎng)、從光接入網(wǎng)到局域網(wǎng)/存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、從設(shè)備級(jí)的背板互連到板卡級(jí)的芯片間互連，甚至芯片內(nèi)部互連，都有著廣闊的應(yīng)用前景。
據(jù)了解，Intel自90年代中期就開始對硅光子技術(shù)進(jìn)行長期研究，2008年12月Intel宣布，公司已經(jīng)使用硅材料創(chuàng)造了雪崩光電二極管(APD)的性能世界紀(jì)錄，頻率高達(dá)340GHz。除了光通訊外，硅APD還能夠運(yùn)用在諸如傳感器、成像、量子密碼學(xué)以及生物學(xué)應(yīng)用中。而在今年1月，Intel發(fā)布了采用硅光子技術(shù)的有源光纜(AOC)，該產(chǎn)品支持臉書主導(dǎo)的數(shù)據(jù)中心行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“Open Compute Project”。
同樣涉足AOC市場的還有思科系統(tǒng)，早在2012年2月思科就斥資2.71億美元收購了風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)Lightwire，布局硅光子技術(shù)的發(fā)展，同年10月發(fā)布了基于硅光子技術(shù)的、支持100Gbit/s的光收發(fā)器規(guī)格“Cisco CPAK”，2013年3月發(fā)布了安裝有該規(guī)格光收發(fā)器模塊的傳輸裝置。
IBM也提出了硅光子芯片光互連系統(tǒng)，其中光鏈接層可利用三維垂直整合技術(shù)加入至多核心運(yùn)算層，形成一所謂“超級(jí)芯片”架構(gòu)。IBM目前已開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)90納米制程的初步硅光連結(jié)層，該光鏈接層上有被動(dòng)光纖耦合器、多任務(wù)器、解多任務(wù)器、高速硅光學(xué)調(diào)制器、硅鍺光偵器、驅(qū)動(dòng)電路及轉(zhuǎn)阻放大器，藉由多波長分工概念，每個(gè)硅波導(dǎo)數(shù)據(jù)傳輸量可達(dá)25Gbit/s，但如何整合光源、降低組件消耗功率仍是一大挑戰(zhàn)。
由于思科系統(tǒng)和英特爾等企業(yè)相繼涉足AOC市場，預(yù)計(jì)在今后將形成市場的100Gbit/s傳輸容量的AOC中，硅光子將掌握主導(dǎo)權(quán)。早在2012年，硅谷創(chuàng)業(yè)家Andreas Bechtolsheim就曾表示，硅光子技術(shù)可望在2014年走向市場，實(shí)現(xiàn)更具成本效益的100Gb/s網(wǎng)絡(luò)。
硅光子技術(shù)應(yīng)用的分析
就目前的情況看硅光子現(xiàn)階段在光通訊的用途上還主要應(yīng)用于：有源光纜、100G以太網(wǎng)和Infiniband模塊。據(jù)調(diào)查公司Global Information發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2011年AOC(有源光纜)的全球銷量為30.5萬根，銷售額為7000萬美元，該公司預(yù)測2016年銷量將達(dá)到78.6萬根，銷售額將擴(kuò)大到1.75億美元;而2013年5月份Mellanox以8200萬美元收購硅光子器件公司Kotura，就是沖著 100Gbit/s以太網(wǎng)和InfiniBand產(chǎn)品而來，InfiniBand產(chǎn)品成為某些數(shù)據(jù)中心互連首選。2012年2月，思科斥資2.71億美元收購硅(CMOS)光子技術(shù)公司Lightwire，同年10月即發(fā)布基于硅光子技術(shù)的、支持100Gbit/秒的光收發(fā)器規(guī)格“Cisco CPAK”，今年3月又發(fā)布了安裝有該規(guī)格光收發(fā)器模塊的傳輸裝置。