浪潮之巅系列之三：彼可取而代之？硅光能否延续摩尔定律神话？

　　现实比他预想的还要快，每过12个月，晶体管数就会翻一番，处理器的性能也增加一倍，并进一步带动一系列的链式反应。

　　这种可怕的指数效应体现到人类生产生活所产生的数据上更为明显，IDC统计数据人类产生的数据总量每两年翻一番，人类最近两年生产生活所产生的数据量相当于人类历史上产生的数据量总和的90%；最近一天产生的数据量相当于人类文明开始到2003年这数万年人类产生数据量的总和。

　　今天你在地铁上，周围90%的人在看手机，手机俨然成了一个器官，再也离不开。这直接导致了数据流量的激增。

　　但这是数据传输过程，存储和处理环节呢？业内普遍将业务重心转移到云平台架构，造成了数据中心流量的快速提升。

　　思科预计，到2019年，全球通信网络流量的99%离不开数据中心，数据中心内部的网络流量又占到了全部流量的70%以上，到2020年全球进行云计算的数据总流量将达到网络流量的92%,是2015年的5倍，这都对数据中心内部信息传输、处理带来不小的挑战。

　　目前的数据高速传输中，最后环节芯片到芯片仍是以铜为导体，依靠电信号传输的瓶颈越来越大，人类的文明之光就止步于此了吗？

　　如果用显微镜仔细查看任何一块微处理器就会发现，其中有数百万条极细微的导线连接着每一个有源元件。而在微处理器的表面之下，还有更多的导线存在。前面讲到的摩尔定律在更高的数据传输要求前已不再适用，原因在于传统的光通信模块由Ⅲ-Ⅴ族半导体芯片、高速电路硅芯片、被动光学组件及光纤封装而成，随着晶体管越来越小，电布线的解决方案有其自身极限——提高传输速度时，耗电量会急剧增加，传输距离变得非常短，同时也会遇到信号延迟变大、传输带宽小、信号间串扰大的问题。铜电路达到了物理瓶颈，止步于50Gb/s的传输极限。

　　因此，光进铜退的浪潮也必然在数据中心内掀起。以前构成光路的各元件，比如光收发元件及调制器等，其尺寸要远远大于电路元件，因此光路模块的尺寸巨大。而且，很多元件使用含有砷化镓（GaAs）及磷化铟（InP）等稀有金属的化合物半导体。此外，由于光纤及导波路中光通过的芯线直径只有数μm，对组装精度要求很高。这些都导致制造成本的增加，最终造成产品价格的上升。

　　不过，从2006年前后起情况发生大幅变化。利用称为硅光子的硅材料及半导体工艺制造各元件的技术相继被开发了出来。各元件的尺寸便从2005年前后的数mm～数cm减小到了约1/100，目前仅为数十μm～数百μm，实现了小型化。相比较传统传统Ⅲ-Ⅴ材料，虽然硅光发光性能弱，热稳定性差。但Ⅲ-Ⅴ材料成本高与CMOS不兼容也给了硅光发展机会 。

　　脚步声似乎越来越近了，但是艾莫拉法则告诉我们，人们往往会高估技术的短期影响力，而低估技术的长期影响力，技术的长期影响力代表着技术的积累效应。

　　在光通信乃至很多科技领域，技术的先进不意味马上有市场，如40G早在2002年就已经问世，但到2012年才开始规模应用，也就是说，一种技术从问世到商用可能需要等待很长的时间，这其中，成本、用户接受度、技术可靠性都可能是障碍。传统CMOS生产线并不能直接生产硅光器件，需要进行一定改动和优化，工艺制造在商用过程中也受到一定限制。只有在各方都有高传输速度需求下的，有了大产量达到规模经济，才能真正体现出成本优势，目前Ⅲ-Ⅴ的成本还比较低，硅光的封装成本居高不下，占到了收发器成本的80-90%，未来还有很长一段路要走。

　　1、 Luxtera ：在硅光电子集成和光互联方面，全球领先。出货业内首款2x100GPSM4硅光嵌入式光模块，和台积电合作开发的技术可比其他硅光方案提供翻倍性能和4倍传输能力，功耗和成本更低。这一模块已经开始送样，预计下半年量产。前几天适合硅光的10G或100G迟迟未上市，才造成了今日局面，未来数据重心100G PSM4是机遇。

　　2、SiFotonics:创始人兼CEO潘栋博士早年在MIT从事硅光子技术研究，当时曾经和Luxtera在一个国防部的项目组。凭借10年技术积累和先发优势在100G城域、数据中心传输领域占领优势地位，硅光25G/50G PD/APD产品在多家大公司获得应用。2017年5月，率先推出了400G硅光集成相干接收解决方案，拥有自己的Foundry，在量产问题上有竞争力。

　　3、Acacia：现有技术和产品在100G速率下不算DSP和同业相差不大，但成本是问题，自己都说线G产品，同时其瞄准的是电信高速传输市场，400G产品才能让成本被客户接受。

　　一直很庆幸活在这么一个时代，未来的画卷在面前徐徐展开，人工智能、5G等新技术令人应接不暇。在这种时代洪流面前，硅光是一股浪潮，而立在潮头的又会是谁呢？