硅光子学是将光学与半导体技术融合的前沿领域。它利用硅材料的光学特性，通过在硅芯片上构建波导或光学导波器件，实现高速、高带宽的数据传输和处理。硅光子学在通信和计算领域具有重要意义，它能够实现高密度、低能耗的光通信连接，用于数据中心互连、光纤通信以及未来的5G和6G通信技术。另外，由于光信号能够实现高速并行计算和处理，光子学还在计算领域，尤其是在光量子计算和光神经网络等领域引起了广泛兴趣。

传统光学V.S硅光子学光学

（以QSFP-DD DR4 400G模块和QDD DR4 400G Si为例）

	QSFP-DD DR4 400G	QDD DR4 400G Si
材料	l   Expensive material - scarce l   Medium yield: W.g. material from epitaxy l   Small footprint: High index contrast in 1D l   Native laser l   Poor native oxide l   Low dark current l   small wafers (75mm typ.)	l   Cheap material - 27% mass Earth's crust is l   si l   High yield: W.g. material from original boule l   Extremelysmallfootprint: High index l   contrast in 2D l   No native laser l   Excellent native oxide l   Medium dark current l   Low wafers (300mm typ.)
发送器类型	TX: 1310nm EML: RX: PIN	TX:DFB RX:PIN
工作原理
封装技术	COB	COB+3D   Packaging
功耗	Inphi 16nm DSP	Broadcom 7nm DSP
应用	<12W	<10W

硅光子技术在光收发器模块与硅光子模块之间展现出明显优势。硅光子芯片突破了超大规模数据交换瓶颈，具有低功耗、小尺寸、相对低成本和便于大批量集成等优势。特别是QDD-DR4-400G-Si模块，它的硅光子设计实现了高密度与低消耗的结合，有效降低光模块成本，节省了数据中心的建设和运营费用。

数据中心为何采用硅光子技术？

解决输入/输出（I/O）相关难题

随着全球不断增长的数据需求，数据中心的带宽和计算能力资源面临着日益增加的压力。为满足这一需求，芯片的处理速度必须不断提高，以确保能够快速处理大量数据。然而，由于光信号必须转换为电子信号才能与深处数据中心的芯片进行通信，导致芯片处理信息的速度远远快于电信号进出的速度。这一现象使得数据中心面临着带宽和计算能力资源的瓶颈，需要寻找更有效的方法来应对日益增长的数据消费需求。

节省运营成本

当今超大型数据中心拥有10万多台服务器和5万多台交换机，它们之间的连接需要100多万个光模块，其成本约为1.5亿至2.5亿美元，占数据中心网络成本的60%，超过交换机、网卡和电缆等设备的总和。鉴于高昂的成本问题，业界正通过技术升级，寻求采用硅光子技术的光纤模块，有望解决这一挑战，降低光模块的单价，从而有效降低数据中心的成本负担。

硅光子技术在通信中的应用

硅光子技术已经被广泛认可为实现下一代相干光通信和数据中心内部互连的理想平台。其独特的优势在于集成度高、能效高、成本较低，并且能够支持从短程互联到长途通信的广泛应用。在数据中心内部互连方面，硅光子技术为高密度、高带宽、低延迟的数据传输提供了强有力的解决方案，有效地满足了日益增长的数据处理需求。此硅光子技术有望进一步改善通信效率和网络性能，为全球通信产业带来更加可靠和高效的通信解决方案。

l   100G/400G 数据通信：用于数据中心和校园网（距离可达10km）

l   电信：用于域域网和远程通信（距离可达10km和400km）

l   超短距离光互联和路由器、计算机、高性能计算机内部的交换

l   功能性无源光元件，包括AWG、光学滤波器、耦合器和分光器等

l   400G光模块，包括嵌入式400G光模块、400G DAC分线电缆、发射器/接收器、AOC以及DAC等。

硅光技术展望

Yole预测，硅光模块市场将从2018年的约4.55亿美元增长到2024年的约40亿美元，复合年增长率为44.5%。Lightcounting预测，到2024年，整个数据通信高速光模块市场规模将达到65亿美元，其中硅光模块将占60%(20年后占3.3%)。

Image Source: https://www.eetasia.com/silicon-photonics-datacom-yes-but-not-only/