硅光芯片与光互连：堵了十年的算力大门，终于要被推开了？

为啥现在硅光突然就火了？还不是电互连撑不住了

去年跟一个做AI算力的朋友吃饭，他拍着桌子吐槽，再找不到新的互连方案，英伟达再堆核心也没用，发热量能把机房的空调给干跳闸。

你想想现在的情况。大模型参数从亿级跳到了万亿级，单芯片不够用，就用chiplet堆多颗，数据要在核心之间、芯片之间、板卡之间疯狂跑。原来走铜线的电互连，早就到瓶颈了。

频率一上去，铜线里的电信号之间会互相串扰，每走一厘米功率掉一半，跑不到十厘米，传的信号就全成噪声了。能耗还高得离谱，传1比特数据要耗好几纳焦，整个机房一半的电费都给互连耗掉了。

光互连不一样啊。光信号靠不同波长传，几十路信号能挤在一根光波导里跑，互不干扰。损耗不到铜线的十分之一，延迟低，带宽还能往上翻，能耗才是电互连的五分之一都不到。

需求摆在这，摩尔定律走慢了，算力需求每年翻十倍，你说硅光能不火吗？

硅光芯片到底解决了光互连的什么痛点？

其实光互连这个概念，几十年前就提了。为啥直到现在才落地？原来的光互连都是分立器件拼出来的。激光器、调制器、波导、探测器一个一个做，再手工对准粘到一块模块上，体积大，良率低，贵得要死，只能用在数据中心几十公里的长距传输，短距的板上、芯片间互连根本用不起。

硅光芯片不一样。它把所有光器件都集成在一块硅晶圆上，而且能用成熟的CMOS工艺加工。说白了就是能跟着电子芯片一起批量流片，成本一下就打下来了，体积还能做的极小。

说实话，这真的是思路上的转过来弯了。原来光就是光，电就是电，现在我把光器件做在硅基上，跟电芯片拼一块，完美解决高速数据传输的问题。

现在可不是PPT概念了。Intel去年已经把1.6T的硅光模块批量用到了谷歌的数据中心，国内华为、长飞也已经有800G硅光模块出货，英伟达下一代GB300的chiplet互连，传闻就是要用硅光方案对吧？

不过话说回来，之前不少炒概念的公司把硅光吹得玄乎，什么颠覆芯片行业，其实就是补了电互连的短板，原来的路走不通了，换条好走的路而已，没那么神。

行业落地还差最后几步？现在走到哪了？

现在硅光已经过了技术验证的阶段，但是大规模普及，还有几个小坎要跨。

最大的问题就是硅基光源。硅本身是间接带隙半导体，发光效率低得可怜，现在主流方案还是把III-V族的激光器键合到硅光芯片上，工艺复杂，良率上不去，成本还是压不到最低。

最近两年其实已经有不少突破了。去年MIT的团队做出来硅基拉曼激光器，外量子效率比原来翻了十几倍，国内浙大、中科院也做出来异质集成的硅光源，良率已经能摸到量产的门槛了，不出五年，这个问题大概率能解决。

还有一个问题是耦合损耗。光纤的直径是微米级，硅光波导是百纳米级，对接的时候稍微偏一点，损耗就上去了，批量生产的一致性不好做。现在主流的光栅耦合器已经能把单端损耗降到1dB以下，不少厂商已经摸到量产的标准了，这个问题其实已经不算卡脖子了，就是工艺打磨的问题。

今年国内800G硅光模块的出货量已经翻了三倍了，明年1.6T的产品都会批量上，所有做AI算力的厂商都在抢货，为啥？同样的带宽，硅光模块的能耗比传统铜线模块低30%以上，一个一万台服务器的机房，一年下来能省大几百万电费，谁算不动这笔账？

我前几个月去国内一家硅光初创公司的实验室，他们拿给我看一块指甲盖大的硅光芯片，集成了128路光通道，总带宽能做到3.2T，比原来整个板卡的带宽还大。当时看着那个亮晶晶的芯片，真的有点感慨，原来我们喊了十年的“光进铜退”，这次真的进到芯片里面来了。

之前整个行业都在说，算力增长碰到了内存墙、互连墙，墙就是电互连的那点带宽和能耗顶不住了。现在硅光给这堵墙开了个口子，接下来就看谁能把这个口子挖的更大了。

你说再过十年，所有高端算力芯片的互连，都会变成光的吗？我觉得大概率是的。毕竟我们对算力的渴望，没有止境。