替代、共存还是互补？。。。光互联各技术路线相互关系与趋势分析（深度）

当前AI面临物理极限痛点：

人工智能（AI）的发展依赖于算力的指数级增长。然而，随着摩尔定律逐渐放缓，传统电子芯片的算力提升面临物理极限——晶体管尺寸逼近原子级别，电阻发热问题愈发严重，而AI模型（如GPT、Transformer）的计算需求仍在飞速增长。

解决办法：

利用光子相对于电子在速度、能耗、并行能力和抗干扰能力等多方面优势，从电子转向光子。

当前在光互联上率先实现商业化，后期实现光子计算替代传统电子芯片。

光互联多技术路线并存，在同一需求驱动（AI高速、低延迟互联）下不断进行技术迭代：

一边在传统光模块方案上，推动产品向高速率、小型化、低功耗、低成本方向发展，产品迭代从100G、200G到400G、800G再到现在1.6T的高速光模块。

传统光模块方案基于III-V族材料制造的器件，例如磷化铟InP激光器和砷化镓 GaAs探测器。

传统方案的核心是“分立组装”：为每个功能选择最优材料（如磷化铟InP发光、铌酸锂LiNbO调制），再将独立组件精密组装成完整光模块。

同时另一边因为传统光模块方案无法有效降低时延或提高芯片利用率。此外，光模块成本相对较高，单纯依赖传统光模块无法完全解决行业挑战，亦无法满足新一代计算系统的需求。谷歌、英伟达等领先公司已开始跨越传统光模块，探索包括共封装光学在内的先进光互连技术，以突破该等限制并增强算力。

EML芯片平台：

首先，我们需要了解III-V族化合物半导体，这是许多传统光器件的基础，指由III族（如镓Ga、铟In）和V族（如磷P、砷As）元素结合形成的晶体材料。

传统光模块主要由基于III-V族材料制造的光器件构成，例如磷化铟（InP）激光器和砷化镓（GaAs）探测器。

EML是Electro-absorption Modulated Laser的简写，里边有一个光源，DFB激光器，这是L，还有一个电场E，就是通过小圆形调制电极加载的电场，这个电场可控制光的吸收，从而产生信号的调制。

磷化铟（InP）的EML芯片，其晶圆小，外延化合物难度大，无论是基于行波电极的InP EML，还是集总电极的InP EML，都有共用的化合物外延难度大的困境，也是产业需求量增大，但交付能力不能快速提高的原因之一。硅的晶圆是比InP晶圆更大的，产业也在探索硅基InP的EML方案，但硅的晶格与InP晶格不匹配，材料之间的应力与可靠性，存在技术挑战。

EML将DFB激光器与EAM单片集成，具备高速调制、低啁啾、高消光比、低功耗等特性，非常适合2 km及以上中长距传输，是400G/800G数据中心交换机和电信网络的主流方案之一。同时，在400Gbps/lane的3.2T及更高速率的场景下，目前EML技术已经基本成熟，而硅光等方案还在进行技术探索。

目前光互联主要以下面两种维度进行几种技术路线（CPO、OCS等）的演进：

光互连技术路线演进的方式：

当前Scale-up光互连产品形态的演进，反映了交换架构与封装集成两个基本维度。

交换架构决定了延迟与能效的极限，而封装形态则决定了带宽密度与传输效率。

电互连的物理极限与光学技术的优势，正推动Scale-up光互连在算力基础设施中迈向核 心角色。随着带宽、功耗及延迟的限制日益加剧，业界正推动硅光集成、 CPO、OCS及线性驱动架构的发展，以缩短传输路径并提升效率。通过将更紧密的芯片级集成与波分复用及优化的网络设计相结合，Scale-up光互连正从组件解决方案演进为系统级架构。

硅光（SiPh）集成技术平台:

硅光，重点是硅光的工艺、结构、封装与应用。

硅光子技术是基于硅和硅基衬底材料，利用现有CMOS 工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。

硅光解决方案集成度高，在峰值速度、能耗、成本等方面均具有良好表现，是光模块未来的重要发展方向之一。

CW（连续波）大功率激光器确实是支撑硅光方案的核心环节之一，硅光调制需要高性能CW激光器提供稳定光源，其性能直接影响硅光模块的整体表现。

但硅材料不擅长发光，因此光源（激光器）需要通过内置或外置的方式引入。光引擎+激光器就构成了我们的共封装CPO（Co-packaged Optical）光模块。

CPO（光电共封装技术）与NPO（近封装光学）技术路线:

光电共封装（CPO）指的是交换 ASIC 芯片和硅光引擎（光学器件）在同一高速主板上协同封装， 从而降低信号衰减、降低系统功耗、降低成本和实现高度集成。CPO技术可以缩短交换芯片和光引擎之间的距离，以帮助电信号在芯片和引擎之间更快地传输，由此降低功耗、减少尺寸并提高效率。目前CPO正在经历技术突破到早期商业化，其行业标准形成预计还要一定时间，但CPO的成熟应用或许会带来光模块产业链生态的重大变化。

CPO是目前面临挑战，未完全达到商业化。因此，产业界提出了折中的NPO（近封装光学）方案。

NPO顾名思义，将光引擎放置在靠近ASIC的同一基板上，更贴近计算或交换芯片，缩短电气走线距离，提升信号完整性与传输效率，以兼顾性能与可行性，是迈向CPO的重要过渡形态。

硅光集成技术与CPO的关系：

CPO会涉及到一部分的硅光技术，硅光技术也有一部分用于CPO产品，二者有一部分的交叉重叠。

OCS技术：

OCS(Optical Circuit Switching)是一种机架/系统层级互连技术，通过全光交换机在计算单元间创建专用物理光路，优化数据中心网络。

OCS是一项机架/系统层级互连技术，其透过使用全光交换机在计算单元之间创建专用的物理光路来优化数据中心网络。

与传统数据网络(需光电转换)不同，OCS直接通过光信号路由，大幅降低延迟和功耗，特别适合大规模数据中心的长距离稳定数据传输(如跨机柜互联)。

OCS技术目前有四个技术方案：MEMS方案（微电机系统）、基于直接光束偏转（DLBS）技术的压电陶瓷光开关方案、液晶方案和硅光方案。

OCS技术与CPO的关系：

CPO与OCS形成互补应用，CPO主导短距离灵活连接(如板级互联)，OCS适用于长距离稳定数据传输(如跨机柜互联)，谷歌等厂商正推动“OCS+CPO融合架构”，通过全光矩阵进一步压缩时延。

薄膜铌酸锂技术与硅光集成技术、CPO的关系：

薄膜铌酸锂是光调制的其中一种技术材料，而硅光集成技术、CPO是光模块的技术迭代方案，每一种光互联解决方案都需要合适的光调制技术。

超节点光互连中，光调制技术不可或缺。目前行业内光调制的技术主要有三种：基于硅光、磷化铟和铌酸锂材料平台的电光调制器。其中，硅光调制器主要是应用在短程的数据通信用收发模块中，磷化铟调制器主要用在中距和长距光通信网络收发模块，铌酸锂电光调制器主要用在400Gbps以上的长距骨干网相干通信和单波200/400Gbps的超高速数据中心中。

薄膜铌酸锂具备几大核心优势：首先是超高带宽，当前业界典型值大于110 GHz；二是低驱动电压，约为1.8 V·cm，这意味着可以实现更低的功耗；三是低光学损耗，小于0.2 dB/cm，意味着可以减少激光器使用，降低系统功耗和成本；最后是高线性度，实现低信号失真，可降低网络延迟和功耗。

上述优势可谓击中了超节点光互连的“痛点”，基于薄膜铌酸锂的光调制器，可以提供超高单通道速率、超低驱动功耗、超高线性度以及材料稳定性与可集成性，有望成为未来CPO规模部署的重要选择，从而支撑超节点光互连的部署。

铌酸锂的薄膜化的工艺，会有部分方案选择在硅光晶圆上做异质集成。

目前全球光模块行业第一梯队的中际旭创在最新的1.6T 产品继承双平台设计方案：EML平台（传统光模块）以及硅光平台。（来源中际旭创2025年财报）

其他非重点技术路线：

线性驱动可插拨光模块（LPO,linear drive pluggable optics），是指采用了线性直驱技术，去除传统的 DSP（数字信号处理）/CDR（时钟数据恢复）芯片，光模块中，只留下具有高线性度的 Driver（驱动芯片） 和 TIA（Trans-Impedance Amplifier，跨阻放大器），并分别集成 CTLE（Continuous Time Linear Equalization，连续时间线性均衡）和 EQ（Equalization，均衡）功能，实现系统降功耗、降延迟的优势， 但系统误码率和传输距离有所牺牲。

LPO采用简化的线性驱动架构，是目前超节点中长距离板间及机柜间连接的主流方案。

相干技术，数据中心光互联方案可根据其传输距离来选择两种支撑技术，一种是直接探测技术，另一种是相干探测技术。相干探测凭借着高容量、高信噪比等优势在城域网内的长距离 DCI 互联中得到广泛应用，而直接探测的应用场景更适合相对短距离互联。随着单通道传输速率的提高，现代光通信领域越来越多的应用场景开始用到相干光传输技术，相干技术也从过去的骨干网下沉到城域甚至边缘接入网。

产业趋势小结：

一、光互联从架构级到系统级封装，产业地位快速提升，在AI基础设施中从配角到主角的转换。

产业价值规模成几何倍数快速增长。

二、根据Lightcounting 预测，硅光子技术拥有低功耗、低延迟、高带宽、高集成度等方面的优势，未来有望逐步替代基于 GaAs 和磷化铟（InP）的传统光模块。

但磷化铟（InP）芯片是传统光模块的核心环节，技术成熟稳定。

在高速率光通信场景中，磷化铟（InP）EML方案在很长一段时间内仍然具有不可替代的技术价值。

1.6T光模块将成为市场主流，EML方案仍会占据重要地位，但是硅光方案在中短距离、大容量数据中心场景的渗透率会持续提升；长期来看，随着技术迭代，400G、800G单通道速率甚至更高速率的光模块将逐步落地，而技术路线可能呈现“EML升级+硅光突破”的并行格局，不同技术方案会根据应用场景的需求实现差异化发展，最终形成互补共生的产业生态。

三、CPO部署面临几大挑战：一是电互连功耗随速率飙升；二是降低整体功耗，光引擎自身必须高效；三是光引擎与ASIC紧耦合，需极高线性度以简化系统设计、减少干扰；四是在有限空间内与高功耗ASIC共存，器件需稳定、紧凑。

基于薄膜铌酸锂的光调制器，可以提供超高单通道速率、超低驱动功耗、超高线性度以及材料稳定性与可集成性，有望成为未来CPO规模部署的重要选择，从而支撑超节点光互连的部署。

四、CPO与OCS形成互补应用而非竞争和替代关系。