從100G到400G光模組，硅光技術與激光器芯片的碰撞

為了適應高性能計算、深度學習、大數據計算等業務的規模部署，100G網絡架構已經成為數據中心主流架構，並且驅動了100G光模組行業的繁榮。就長遠來看，數據中心仍有不斷升級的需求，業內普遍認為400G網絡架構將是100G網絡的演進方向。這將進而帶動400G光模組的市場需求與技術革新，其中光模組激光器技術成為關注焦點。

光模組核心組件之激光器芯片

光模組是由多種光學器件封裝而成，其內部組件中激光器芯片是比較關鍵的部分，佔光模塊成本的60%，主要影響光模組的傳輸距離。激光器的主要類型有:VCSEL、FP、DFB、DML、EML，不同類型的激光器有不同的工作波長、方式和應用環境，如下表所示。

100G光模組激光器芯片與硅光技術

在100G光模組市場中，屬100G QSFP28光模組市場份額較大，不同的QSFP28光模組採用了上述不同的激光器。

100G-SR4 QSFP28封裝光模組，主要用於100m內的多模並行方案，其內部多採用VCSEL激光器，VCSEL激光器具有體積小、耦合率高、功耗低、易集成、價格低等優勢；

100G-ER4 QSFP28、100G-LR4 QSFP28封裝光模組，主要用於10km左右中長距離單模方案，其內部多採用EML激光器，EML激光器具有眼圖裕量大、色散小、消光比大、距離遠等優勢；

100G-CWDM4 QSFP28封裝光模組，主要用於2km的粗波分復用方案，其內部多採用DML激光器，DML激光器具有尺寸小、功耗低、成本低等優勢；

而對於100G-PSM4 QSFP28封裝光模組，在芯片技術上有了新的突破---Intel面向數據中心場景的硅光混合集成100G PSM4光模組早已實現量產，並且由於更低的BOM(零件物料)成本優勢佔據了PSM4產品80%的市場份額，主要用於500m以下的4通道並行單模方案。

硅光技術在光模組行業面臨的優勢與挑戰

目前光集成商業產品技術路線主要分為InP和Si兩大陣營，其中DFB、DML、EML等激光器是InP陣營，雖然技術相對成熟，但是成本高，與CMOS工藝（集成電路工藝）不兼容，其襯底材料每2.6年才翻一倍。而Si硅光器件，採用COMS工藝實現無源光電子器件和集成電路單片集成，可大規模集成，具有高密度的優勢，其襯底材料每1年可翻一倍。

目前100G光模組已打開了硅光技術的大門，但其發展仍然面臨一些挑戰。

首先， 硅基集成激光光源有待解決。硅是間接帶隙半導體，相比於InP等直接帶隙半導體，硅光模組中需要單獨引入光源，而光源並不符合摩爾定律，耦合集成得越多成本也越高，將會不斷抵消硅材料和工藝集成帶來的成本優勢。

其次，硅光模組封裝難度大，良率低。硅光接口封裝處於初期階段，主要瓶頸在於光電子芯片和光纖陣列組建的光接口封裝，其對準與封裝的精度要求高，封裝效率低，現階段的封裝技術難以實現高質量，低成本的封裝，產品良率限制了硅光模組的大規模量產。

另外， 硅光芯片可獲得量產化資源少。儘管硅光芯片與CMOS工藝兼容，但成熟的CMOS資源不對外開放或者沒有硅光流片經驗。

400G數據中心硅光技術將成為光模組主流嗎？

從長期來看，硅光方案是大勢所趨，在400G光模組時代或將大規模發力。

面對400G網絡高速率的需求，市面上提出的多通道相干技術雖然降低了對芯片的要求，但整體成本較高，而單通道技術對芯片的要求更高，以100G光模組情況來看，傳統的激光器已接近帶寬極限，唯一有可能的EML激光器成本也比較高，如果說硅光技術可以攻克上述難題，或將在400G光模組時代成為主流。

如果您想進一步了解400G 硅光模組，可查看：一文帶你了解400G QSFP-DD DR4硅光模組

結論

雖然400G光模組時代硅光技術有可能成為主流，但是畢竟目前是100G網絡的主流時代，100G QSFP28光模組激光器芯片仍然以VCSEL、EML、DML為主。