硅光芯片与光互连：被功耗墙逼出来的算力新路线

上周跟做服务器硬件的老陈吃烤串，他攥着烤筋骂了二十分钟——现在单颗GPU功耗奔着700W去，铜互连的散热和传输损耗快把整机柜的设计逼疯了。

真的，不是厂商偷工减料。

之前为了把800G的链路从GPU连到交换芯片，老陈的团队前后改了七版PCB走线，阻抗调了又调，最后跑满速率的时候，整条铜链路的温升比芯片本身还高。散热成本涨了三成，传输距离还缩到了不到半米——再往上走，1.6T、3.2T的速率，铜缆根本扛不住。

铜互连的死局，真的不是厂商偷工减料

很多人对高速互连的认知还停留在十年前，觉得铜线缆便宜、可靠，为什么非要折腾光。说白了，是物理定律卡脖子了。

现在800G以上的电互连链路，每传输1bit数据的能耗，已经是同速率光链路的3到4倍。更别说趋肤效应带来的信号衰减，频率越高，电流越往铜导线的表面跑，有效导电面积越来越小，传输损耗直线上升。还有躲不开的电磁干扰，之前老陈他们做的整机柜EMC测试，连续三轮不过，最后加了三层屏蔽罩，单柜成本多花了十几万，传输距离还比最初的设计短了20厘米。

搁以前，这点损耗根本不算事。但现在大模型训练的集群，动辄几万张GPU卡，卡和卡之间的互连带宽要求每年翻倍涨，铜互连的功耗已经占到了整个集群通信功耗的40%以上。相当于你花了一半的电，不是用来算模型，是用来给这些铜线的信号衰减补功率。

说穿了，铜互连不是不好，是真的走到物理极限了。

光互连不是什么新东西，为什么现在突然火到挤破头

别听那些营销稿把硅光吹成什么颠覆时代的黑科技。光传输本身都用了几十年了，从最早的骨干网光纤，到城域网，再到后来的接入网，光的优势大家都知道：带宽大，损耗低，没有电磁干扰。但之前的光互连，全是用在长距离传输上，短距离的服务器内部、芯片之间，一直没人愿意换——成本太高，体积太大，可靠性也没经过验证。

为什么现在突然全行业都在挤着搞硅光？因为算力涨得太快了。

英伟达去年推的H100集群，单节点的互连带宽已经到了900GB/s，今年的H200、B100，直接把带宽拉到了1.8TB/s。原来的铜缆能传3米的800G信号，现在1.6T的速率下，传30厘米就衰减到没法用。总不能把所有GPU都堆到离交换芯片30厘米以内吧？那整机柜的布线密度得乱成什么样。

这时候硅光的优势就出来了。说白了，就是把原来光模块里的调制器、波导、探测器，全用CMOS工艺刻到硅片上，不用再像以前那样把各个分立的光学元件挨个拼起来。现在国内已经有团队做出了单波100G、共32通道的硅光光引擎，整体尺寸比原来的可插拔光模块小了60%，功耗还降了一半。

之前有个做传统光模块的朋友跟我吐槽，说前两年还在跟客户吹自己的可插拔模块良率做到99%，现在硅光的封装良率才刚到80%，整个产线要重新建，老设备全砸手里了——说多了都是泪。但不换又不行，客户的新集群明年就要上1.6T的链路，你拿不出硅光的方案，订单直接就被别人抢了。

我上个月去苏州的一家硅光创业公司参观，他们的工程师把刚做出来的光引擎接到测试台上，跑1.6T的速率，误码率压到1e-12的时候，整个实验室的人都在鼓掌。那种你熬了快两年的流片，最后真的能跑通的成就感，真的不是拿多少融资能比的。

现在的硅光光互连，离真的大规模落地还差哪几步

真的没那么玄乎。现在吹硅光马上就要替代所有电互连的稿子，我看了都头疼。

首先是成本的坎。虽然硅光用的是通用CMOS产线，但是因为要做特殊的高折射率差波导层，MPW的流片费用比同尺寸的数字芯片贵3倍都不止。中小创业团队凑一次流片的钱，可能就要掏几千万，更别说后面的封装测试。之前有个团队跟我算过，现在做一块可量产的硅光光引擎，成本还是同速率电互连方案的2倍多，除非产能提上来，不然数据中心客户根本不会大规模换。

然后是耦合的难题。硅光芯片上的波导，宽度才0.5微米，普通单模光纤的芯径是9微米，要把光从光纤耦合到波导上，对准精度要到0.1微米——比头发丝的直径还细100倍。现在的主动耦合设备，一台就要几百万，良率稍微波动一下，成本就兜不住。更别说放到实际的机柜里，温度从10度飘到70度，振动也有，光对准的位置稍微偏个0.05微米，信号可能就断了。

还有那个老生常谈的激光器问题。硅本身是间接带隙材料，根本没法高效发光，现在所有的商用硅光芯片，都是把外置的III-V族激光器贴到硅片旁边，耦合损耗就占了整个链路损耗的40%。之前有团队测过，光是这个耦合环节的损耗，就让整个光引擎的接收灵敏度降了3dB，要多花一倍的激光器功率才能补回来。要是哪天能把激光器直接长到硅片上，成本至少能砍一半。

之前我看2024年ISSCC上斯坦福团队的论文，人家直接把光互连做到了处理器的封装里面，核间的光互连带宽做到了10Tb/s每平方毫米，功耗比原来的电互连低了一个数量级。当时我看完第一反应是，这要是真能量产，现在困扰整个行业的内存墙、缓存墙问题，说不定真能解决一半。但那毕竟是实验室的样品，离量产还有十万八千里。

有人说硅光会把所有的电互连都替代，我看未必。毕竟现在板级的短距离互连，比如芯片到PCB的几厘米连线，铜缆还是有绝对的成本优势。真到了机柜间、机架间的长距离高速传输，光互连的优势才会彻底显现出来。

上周老陈给我发消息，说他们公司已经开始跟国内的硅光团队谈合作了，明年的新服务器机型，就要把原来的长距离铜互连链路换成光互连的方案。

你看，技术的迭代从来都不是什么惊天动地的大事。

就是大家被功耗逼得没办法了，才会真的掏钱换路线。