一、背景介紹

在數(shù)字洪流奔涌向前的時(shí)代，數(shù)據(jù)流量正以指數(shù)級(jí)速度迅猛增長(zhǎng)。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)光通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力提出了前所未有的嚴(yán)苛要求。作為光通信系統(tǒng)的核心樞紐，光模塊技術(shù)的每一次革新，都關(guān)乎著數(shù)據(jù)傳輸?shù)男逝c穩(wěn)定性。在單波100G之后追求更高帶寬的征程中，光模塊技術(shù)迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。眾多技術(shù)路徑中，硅光方案憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)強(qiáng)勢(shì)崛起，不僅深度滲透?jìng)鹘y(tǒng)FRO光模塊領(lǐng)域，更在LPO（低功耗光模塊）、TRO（相干光模塊）以及CPO（共封裝光學(xué)）等前沿封裝產(chǎn)品上嶄露頭角，展現(xiàn)出對(duì)傳統(tǒng)EML方案的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力，在部分領(lǐng)域已初現(xiàn)替代的趨勢(shì)。

二、硅光方案的顯著優(yōu)勢(shì)

（一）卓越的集成特性硅光技術(shù)借助CMOS工藝，在硅基襯底上實(shí)現(xiàn)了多種光器件的高度集成，涵蓋激光器、調(diào)制器、探測(cè)器以及波分復(fù)用器等關(guān)鍵組件。這種集成優(yōu)勢(shì)在高帶寬光模塊應(yīng)用中尤為突出，特別是在LPO、TRO及CPO封裝產(chǎn)品中。以CPO為例，其將光引擎與交換機(jī)芯片直接封裝，對(duì)光模塊的集成度和小型化要求極高，硅光方案憑借先天的集成優(yōu)勢(shì)，能夠有效滿足這一需求，大幅減少信號(hào)傳輸距離和損耗，提升系統(tǒng)整體性能。在應(yīng)對(duì)單波100G之后更高帶寬需求時(shí)，硅光模塊通過(guò)精簡(jiǎn)架構(gòu)，僅需少量芯片搭配連續(xù)波激光器，就能完成高速數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。與之形成鮮明對(duì)比的是，傳統(tǒng)的EML方案需要更多的光源與組件組合，難以適應(yīng)LPO、TRO及CPO等新型封裝產(chǎn)品對(duì)集成度的嚴(yán)苛要求。

（二）成本控制潛力巨大從芯片制造成本來(lái)看，硅光芯片受益于CMOS工藝的廣泛應(yīng)用和成熟完善的產(chǎn)業(yè)鏈。在單波100G之后高帶寬光模塊的大規(guī)模生產(chǎn)中，硅光芯片能夠充分利用現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路制造設(shè)備，具備顯著的成本優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和產(chǎn)量的逐步提升，其成本還有望進(jìn)一步降低。在LPO、TRO及CPO封裝產(chǎn)品領(lǐng)域，硅光方案的成本優(yōu)勢(shì)同樣明顯。例如，LPO強(qiáng)調(diào)低功耗與低成本，硅光方案高度集成的特點(diǎn)減少了大量零部件，簡(jiǎn)化了組裝和測(cè)試流程，有效降低了模塊集成成本。盡管目前在一些關(guān)鍵器件的集成上還存在一定挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷成熟，這些問(wèn)題將逐步得到妥善解決，屆時(shí)硅光方案在新型封裝產(chǎn)品中的成本優(yōu)勢(shì)將更加淋漓盡致地展現(xiàn)出來(lái)，為高帶寬光模塊的普及奠定基礎(chǔ)。

（三）良好的性能表現(xiàn)與持續(xù)優(yōu)化曾經(jīng)，硅光調(diào)制器在帶寬性能方面與其他方案相比存在一定差距，但近年來(lái)取得了令人矚目的長(zhǎng)足進(jìn)步。例如，AMF采用創(chuàng)新的波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)來(lái)補(bǔ)償高頻信號(hào)相位差，成功實(shí)現(xiàn)了平坦頻率響應(yīng)。其調(diào)制器插損低至2.1dB，在均衡器的Peaking下帶寬達(dá)到90GHz，這樣的性能表現(xiàn)使其能夠很好地適配單波100G之后高帶寬的需求。在TRO相干光模塊中，對(duì)光信號(hào)的調(diào)制精度和帶寬要求極高，硅光調(diào)制器的性能提升使其在該領(lǐng)域具備了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。這一成果為實(shí)現(xiàn)更高速率的硅光調(diào)制奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，充分表明硅光方案在性能提升方面蘊(yùn)含著巨大潛力。在數(shù)據(jù)中心短距離互聯(lián)等對(duì)高帶寬有迫切需求的場(chǎng)景中，硅光技術(shù)憑借其高效的傳輸性能和低功耗特性，已經(jīng)成為市場(chǎng)的主流選擇，有力地推動(dòng)了光通信技術(shù)向更高帶寬、更低功耗的方向發(fā)展。

三、硅光方案對(duì)EML方案的滲透與潛在替代

（一）在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的逐步滲透數(shù)據(jù)中心對(duì)高帶寬光模塊的需求具有高速、低功耗和低成本的顯著特點(diǎn)，而這恰好與硅光方案的優(yōu)勢(shì)高度契合。目前，硅光技術(shù)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部短距離互聯(lián)的高帶寬應(yīng)用中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并且隨著技術(shù)的不斷成熟，正穩(wěn)步向中長(zhǎng)距離互聯(lián)領(lǐng)域拓展。在新型封裝產(chǎn)品方面，硅光方案更是展現(xiàn)出強(qiáng)大的滲透力。在LPO低功耗光模塊應(yīng)用中，硅光方案憑借低功耗和低成本優(yōu)勢(shì)，迅速占據(jù)市場(chǎng)份額；在CPO共封裝光學(xué)領(lǐng)域，硅光方案成為實(shí)現(xiàn)高密度、高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。相比之下，EML方案在數(shù)據(jù)中心高帶寬短距離應(yīng)用場(chǎng)景中的成本劣勢(shì)愈發(fā)明顯，且難以滿足LPO、TRO及CPO等新型封裝產(chǎn)品的技術(shù)要求。隨著硅光技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，EML方案在該領(lǐng)域的市場(chǎng)份額正面臨被逐步蠶食的風(fēng)險(xiǎn)。

（二）關(guān)鍵技術(shù)突破帶來(lái)的替代可能隨著對(duì)硅光技術(shù)研究的不斷深入，高性能、高效率的硅基激光器有望取得重大突破。一旦這一關(guān)鍵技術(shù)難題得到攻克，硅光芯片將能夠?qū)崿F(xiàn)完全集成，減少對(duì)外部激光器的依賴，進(jìn)而進(jìn)一步提升整體性能和集成度。在TRO相干光模塊和CPO共封裝光學(xué)等對(duì)光器件性能要求極高的領(lǐng)域，硅光方案將憑借技術(shù)突破大幅增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，有可能對(duì)EML方案在城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域構(gòu)成有力挑戰(zhàn)。雖然目前EML方案在長(zhǎng)距離高帶寬傳輸方面仍具有一定優(yōu)勢(shì)，但硅光方案的快速發(fā)展使其替代EML方案的可能性越來(lái)越大，特別是在LPO、TRO及CPO等新興應(yīng)用場(chǎng)景中。

四、EML方案面臨的挑戰(zhàn)與現(xiàn)狀

（一）技術(shù)瓶頸與成本壓力EML技術(shù)在高速光通信領(lǐng)域擁有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史，技術(shù)相對(duì)成熟。然而在單波100G之后追求更高帶寬的進(jìn)程中，其發(fā)展逐漸遭遇一些瓶頸。在提升帶寬性能方面，進(jìn)一步突破的難度越來(lái)越大，而且所需成本高昂。EML芯片基于InP材料，其生長(zhǎng)和制造工藝十分復(fù)雜，這直接導(dǎo)致芯片制造成本居高不下。在模塊集成過(guò)程中，由于采用多個(gè)分離的光電器件，不僅需要更多的工藝步驟和更高的精度要求，還大大增加了模塊集成成本。在LPO、TRO及CPO等新型封裝產(chǎn)品領(lǐng)域，EML方案因難以實(shí)現(xiàn)高度集成，導(dǎo)致成本劣勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)大，在面對(duì)硅光方案的低成本競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，處于相對(duì)劣勢(shì)的地位，尤其在高帶寬光模塊市場(chǎng)中，競(jìng)爭(zhēng)力逐漸減弱。

（二）市場(chǎng)份額受到擠壓隨著硅光方案在數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域高帶寬應(yīng)用的廣泛普及，以及在LPO、TRO及CPO等新型封裝產(chǎn)品上的成功應(yīng)用，EML方案的市場(chǎng)份額受到了明顯擠壓。在新興的數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，越來(lái)越多的企業(yè)選擇硅光方案的高帶寬光模塊，以滿足其對(duì)高速、低功耗和低成本的需求。盡管EML方案在長(zhǎng)距離、高性能高帶寬傳輸?shù)奶囟I(lǐng)域仍具有一定優(yōu)勢(shì)，但隨著硅光技術(shù)在這些領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，其優(yōu)勢(shì)正逐漸縮小。如果EML方案不能有效解決成本和技術(shù)瓶頸問(wèn)題，未來(lái)其市場(chǎng)份額可能會(huì)進(jìn)一步被硅光方案所替代，尤其是在LPO、TRO及CPO等代表光模塊未來(lái)發(fā)展方向的領(lǐng)域。

五、硅光方案的未來(lái)展望

（一）持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新硅光技術(shù)將繼續(xù)在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行深入創(chuàng)新突破。除了硅基激光器的研發(fā)，在高性能調(diào)制器、光探測(cè)器以及集成光路設(shè)計(jì)等方面也將不斷取得新進(jìn)展。在LPO、TRO及CPO等新型封裝產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景中，硅光技術(shù)將針對(duì)不同需求進(jìn)行優(yōu)化。例如，在LPO中進(jìn)一步降低功耗和成本；在TRO中提升相干光處理能力；在CPO中優(yōu)化光與電的協(xié)同封裝。通過(guò)采用新型材料、優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)和制造工藝，硅光芯片的性能將得到進(jìn)一步提升，集成度也將更高。未來(lái)的硅光芯片有望實(shí)現(xiàn)更多功能的集成，更好地適應(yīng)單波100G之后不斷提升的高帶寬需求，成為光通信領(lǐng)域的“全能芯片”，為光通信系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)更多可能性。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域的全面拓展隨著技術(shù)的成熟和性能的提升，硅光方案的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉辉倬窒抻跀?shù)據(jù)中心。它將逐步向城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)以及5G通信、衛(wèi)星通信等更廣闊的領(lǐng)域拓展。在5G通信中，硅光技術(shù)可以滿足前傳、中傳和回傳對(duì)高速、低功耗高帶寬光模塊的需求；在衛(wèi)星通信中，硅光模塊的小型化和低功耗特性將有助于提升衛(wèi)星的通信能力和使用壽命。特別是在LPO、TRO及CPO等新型封裝技術(shù)的推動(dòng)下，硅光方案將重塑光通信市場(chǎng)格局。LPO將推動(dòng)數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)向更低功耗、更高性價(jià)比方向發(fā)展；TRO將助力長(zhǎng)距離高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；CPO則有望成為數(shù)據(jù)中心內(nèi)部超高速互聯(lián)的主流技術(shù)，引領(lǐng)光通信行業(yè)邁向更高帶寬、更高效能的新時(shí)代。

六、結(jié)論

在單波100G之后高帶寬光模塊領(lǐng)域，硅光方案憑借其卓越的集成特性、巨大的成本優(yōu)勢(shì)和不斷提升的性能，正逐漸成為光通信技術(shù)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。它不僅深度扎根于傳統(tǒng)FRO光模塊領(lǐng)域，更在LPO、TRO及CPO等前沿封裝產(chǎn)品上展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。硅光方案在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用以及對(duì)EML方案的滲透和潛在替代，預(yù)示著光通信技術(shù)發(fā)展的新方向。雖然EML方案目前在某些特定領(lǐng)域仍具有一定優(yōu)勢(shì)，但面對(duì)硅光方案的快速發(fā)展，其面臨的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻。未來(lái)，隨著硅光技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，硅光方案有望在光通信市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，推動(dòng)光通信產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段，為數(shù)字時(shí)代的數(shù)據(jù)傳輸提供更強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

審核編輯 黃宇