硅光技术在光模块行业面临的优势与挑战

目前100G网络架构已经成为数据中心主流架构，并且驱动了100G光模块行业的繁荣。就长远来看，数据中心仍有不断升级的需求，业内普遍认为400G网络架构将是100G网络的演进方向，同时将带动400G光模块的市场需求与技术革新，其中光模块激光器技术是重要的关注点。

光模块核心组件之激光器芯片

光模块是由多种光学器件封装而成，其内部组件中激光器芯片是比较关键的部分，占光模块成本的60%，主要影响光模块的传输距离。激光器的主要类型有:VCSEL、FP、DFB、DML、EML，不同类型的激光器有不同的工作波长、方式和应用环境，如下表所示。

100G光模块激光器芯片与硅光技术

在100G光模块市场中，属100G QSFP28光模块市场份额较大，不同的QSFP28光模块采用了上述不同的激光器。

100G-SR4 QSFP28封装光模块，主要用于100m内的多模并行方案，其内部多采用VCSEL激光器，VCSEL激光器具有体积小、耦合率高、功耗低、易集成、价格低等优势;100G-CWDM4 QSFP28封装光模块，主要用于10km的粗波分复用方案，其内部多采用DML激光器，DML激光器具有尺寸小、功耗低、成本低等优势;100G-ER4、100G-ZR4 QSFP28封装光模块，主要用于40km以上中长距离单模方案，其内部多采用EML激光器，EML激光器具有眼图裕量大、色散小、消光比大、距离远等优势;而对于100G QSFP28 单波封装光模块，在芯片技术上有了新的突破---易飞扬面向数据中心场景的硅光集成100G光模块早已实现量产，且有更低的BOM(零件物料)成本优势，覆盖传输距离分别有：500m、2km、10km等单模方案。

硅光技术在光模块行业面临的优势与挑战

目前光集成商业产品技术路线主要分为III-V族和Si两大阵营，其中DFB、DML、EML等激光器是InP阵营，虽然技术相对成熟，但是成本高，与CMOS工艺(集成电路工艺)不兼容，其衬底材料每2.6年才翻一倍。而Si硅光器件，采用COMS工艺实现无源光电子器件和集成电路单片集成，可大规模集成，具有高密度的优势，其衬底材料每1年可翻一倍。

目前100G光模块已打开了硅光技术的大门，但其发展仍然面临一些挑战。

首先， 硅基集成激光光源有待解决。硅是间接带隙半导体，相比于InP等直接带隙半导体，硅光模块中需要单独引入光源，而光源并不符合摩尔定律，耦合集成得越多成本也越高，将会不断抵消硅材料和工艺集成带来的成本优势。

其次，硅光模块封装难度大，良率低。硅光接口封装处于初期阶段，主要瓶颈在于光电子芯片和光纤阵列组建的光接口封装，其对准与封装的精度要求高，封装效率低，现阶段的封装技术难以实现高质量，低成本的封装，产品良率限制了硅光模块的大规模量产。

另外， 硅光芯片可获得量产化资源少。尽管硅光芯片与CMOS工艺兼容，但成熟的CMOS资源不对外开放或者没有硅光流片经验。

目前100G网络仍是主流时代，100G QSFP28光模块激光器芯片虽然以VCSEL、EML、DML为主，但是从长期来看，硅光方案是大势所趋，在400G光模块时代或将大规模发力。

硅光模块是啥，简单的说，就是利用硅光子技术在硅芯片上集成了光电转换和传输模块。是在硅基平台上将微电子和光电子结合起来，构成新的硅光器件。目前，硅光技术已经进入产业化阶段。下面简单介绍易飞扬100G 硅光单波系列光模块(LR1)。

硅光单波 100G QSFP28 LR1 产品特点介绍

符合QSFP28 MSA和IEEE 802.3cu 100GBASE-LR1

以太网标准

性能满足100GE 20km光互连传输

24小时流量Traffic 测试0丢帧

光源采用双透镜COB创新工艺，提升散热性能、耦合效率和可生产性

采用MZ调制硅光集成封装工艺，与传统EML 100G QSFP28 LR1相比，具有信号质量方面的相对优势

采用7nm工艺 DSP芯片

三温功耗小于4.0W(不开启FEC)

同款BOM满足 DR1, FR1, LR1 三款应用

硅光单波 100G QSFP28 LR1 产品工作原理介绍

硅光单波 100G QSFP28 LR1 产品关键参数介绍(三温实测性能)

0℃眼图性能实例

25℃眼图性能实例

75℃眼图性能实例

硅光单波 100G QSFP28 LR1 产品应用场景

可以作为100G QSFP28 LR4在某些100GE应用场景下的替代品，单波100G硅光产品建议成对使用。

不管是硅光版本，还是III-V族版本 ：100G QSFP28 单波BOM归一化优势，工艺时间短。

至此，咱们就简单说明了100G QSFP28 硅光产品的情况，后续再聊聊400G硅光

来源：阿光聊光

审核编辑：汤梓红