意法半导体首个硅光技术PIC100具有优异的性能和能效，勾勒出硅光技术在数据中心市场上的发展前景

PIC100 是意法半导体的首个硅光子技术，是在300 毫米晶片上制造的以高能效为亮点的PIC（光子集成电路），每通道数据速率达到200Gbps，未来甚至有望实现更高的带宽。事实上，此次发布意义重大，因为它开启了一系列光子集成电路的先河， ST还计划推出更多的后续技术，助力数据中心、人工智能服务器集群和其他光纤网络设备提升能效。目前，许多可插拔光收发器都在使用ST的 BiCMOS B55 芯片，因此ST对市场有一定的了解。利用意法半导体的能效更高的 PIC制造技术和下一代55 纳米硅锗芯片B55X，可插拔光收发器厂商将会在市场上树立新的能效和性能标杆，这对于推广普及传输速度更快的通信标准至关重要。

PIC100: 性能与能效的平衡

散热难题

凡是接触过光纤通信的人都知道，可插拔光模块在短时间之内温度升高。根据 Effect Photonics的数据，虽然可插拔模块的功耗从2010 年开始稳步下降，但从 2022 年开始呈现上升趋势。随着通信带宽大幅提升，其温度变得更加难以控制。问题是，服务器处理人工智能和其他数据密集型应用需要更大的数据吞吐量，而高温会导致严重的问题，例如性能下降和可靠性降低等。此外，数据中心致力于提高可持续性和能效，而光模块的发展趋势却与这些目标背道而驰；因为光模块的热耗散现象更加严重，而对传输速率的要求越来越高。

PIC100解决方案降低损耗

PIC100 提高可插拔光模块的能效

为了提高能效，PIC100 采用了0.4dB/cm损耗的硅波导设计和0.5 dB/cm损耗的氮化硅波导，目前这两项指标都处于业内领先水平。此外，PIC100 还配备了带宽 50 GHz 的马赫-曾德尔光调制器 (MZM) 和高达 80 GHz 的高速光电探测器。简而言之，PIC100 的独特之处在于所有这些先进器件都在 300 毫米晶片上采用晶圆堆叠技术制造。

能效是我们采用边缘耦合器的原因之一。很多厂家倾向于使用光栅耦合器，因为它可以节省测试和初始对准工序成本。例如，光栅耦合器支持晶圆级测试，并且安装更加灵活。然而，光栅耦合器的散射率高，耦合器与光纤的匹配度低，这些缺点导致损耗更大。通过采用边缘耦合器，我们可以提高光纤模式与片上SiN波导的匹配度，从而实现损耗低于1.5 dB的高能效耦合，能效远高于光栅耦合器。

意法半导体的300 mm晶圆厂

晶圆图示

此外，PIC100 不仅拥有同类中一流的性能和能效，而且还在意法半导体法国克罗尔 (Croll) 300 毫米晶圆厂生产，在更大的晶片上制造芯片让这项技术有更好的成本效益，为更多的客户所用。由于意法半导体是一家 垂直整合芯片制造商，拥有自营生产线和光刻技术专长，全盘掌握供应链，有能力大规模生产先进的PIC产品，这也是推出 PIC100 的另一个原因。随着数据中心对光子集成器件的依赖度越来越高，意法半导体在光子集成技术领域拥有独天得厚的优势，能够提供高能效的器件、产能和高性价比的解决方案。

意法半导体的 PIC：硅光技术在数据中心市场上的发展前景

一条通向1.6Tb/s 收发器的升级捷径

意法半导体的客户已经在研发 800Gb/s 和 1.6Tb/s 的可插拔光纤模块，此时发布PIC100可谓意义重大。同时，ST计划从 2025 年下半年开始备产，提升产能。因此，此次发布标志着一个新时代的开始，设备制造商已经开始利用意法半导体的 PIC 技术开发每通道 200Gbps 的可插拔光纤收发器。QSFP56光纤模块遭遇缺芯问题，我们的新器件有助于缓解缺货问题，并为接口从100G到 400G的升级提供一个中间过渡阶段，帮助数据中心逐步升级改造基础设施。因此，AWS 正在与意法半导体和领先的光模块供应商合作，使用 PIC100技术为其数据中心开发光纤模块。

每通道400Gbps和 GPU光纤连接路线图

虽然目前尚未公布新产品的发布日期，但是，意法半导体承诺研发每通道400Gbps的 PIC产品，与现代数据中心同步发展。随着人工智能训练所用的信息量日益提高，GPU数据处理的大规模并行化趋势需要连续稳定的海量数据流，开发速度更快、能效更高的光收发器成为重中之重。因此，可插拔模块制造商可以放心地继续购买意法半导体的PIC器件，继续使用其芯片设计未来几代产品。

此外，为了进一步提高能效，意法半导体即将推出BiCMOS B55X。新一代产品取代现有的BiCMOS B55，采用硅锗材料和 55 nm工艺制造，进一步提升了能效。与使用 PIC100 和其他品牌的 BiCMOS 的光收发器系统相比，基于 PIC100 和 B55X的解决方案可以提升能效约15%。意法半导体还在开发硅通孔 (TSV) 连接技术和小型光调制器，以便开发者能够使用我们的 PIC芯片设计GPU光纤输入输出，利用芯粒封装技术实现高速通信应用。