在未來，大數據和人工智能將成為驅動數據中心市場的主要動力。因此，未來數據中心對于基于光的數據互聯的需求可望進一步增加，而這也將進一步提升硅光子的市場規模。 

為什么在數據中心采用硅光子學？

數據中心特點適合硅光子大量應用

目前數據中心常用的是葉脊結構，連接數眾多，節點間距離短，同時流量迅猛增長使得光模塊技術更新換代快。因此，數據中心適用大量成本敏感但對性能要求不高的模塊（圖1）。而這些特點，硅光模塊都符合。硅光模塊比傳統銅線性能更優，光纖連接更適合大規模的板間互聯。另一方面，硅材料相對于III-V族材料成本更為低廉，在數據中心的應用中優勢凸顯。

解決 I/O 瓶頸

面對日益增長的數據消耗需求，使得芯片運行速度越來越快，但光信號仍必須轉換為電信號，才能與位于數據中心深處的電路板上的芯片通信。而硅光子可以使用異構集成與其他網絡、存儲和計算專用集成電路 (ASIC) 共同封裝（CPO共封裝技術，下周再講），以實現直接來自硅芯片本身的半導體光學 I/O。隨著到服務器節點的帶寬不斷擴大，以及銅線傳輸距離的縮短，將出現從網絡接口卡 (NIC) 或直接來自服務器本身的光學 I/O 的用例。

降低功耗

數據中心的散熱和功耗一直是業界關注的重點。由于硅光子技術是基于芯片間的光傳輸，去除了大量傳統技術中光路的轉化與處理過程，（傳統技術光信號先經過收發器光轉銅，再經過數字信號處理過程到芯片內），而硅光的傳輸路徑無需多次轉化，整體功耗將會有明顯下降。相比傳統光模塊的接口技術，相同傳輸容量下，硅光子技術的功耗大約只有傳統的30%左右。對數據中心來說，IT設備的功耗大幅度下降是對整體機房最大效率的節能。

硅光子在數據中心的應用現狀

列舉了硅光子在數據中心的使用優勢，那么，現階段，有哪些硅光模塊已經在數據中心中部署商用了呢？

目前，硅光技術在第一代4x25G中，主要應用是500m內的100G QSFP28 PSM4；在第二代1x100G產品中，應用有100G QSFP28 DR1/FR1和LR1，作用于500m-10km場景中；在400G產品中，主要聚焦在2km以內的中短距離傳輸應用場景，產品有400G DR4。

第一代4x25G

對于第一代4x25G產品，PSM4硅光子方案光芯片功率被分為4路，目前僅在500米短距離相對成熟。100G短距離PSM4光模塊中，引入硅光子技術后，25G激光器數量從4個減少為1個，并且集成的調制器和波導可使整體器件數量小于25個，大幅節約器件和組裝成本。其中有源器件成本降低35%，無源器件成本降低39%。在500米數據中心互聯的100G QSFP28 PSM4光模塊產品市場，硅光子混合集成方案份額已經超過傳統分立器件方案，目前已達到近80%。

第二代1x100G

在第二代1x100G產品中，有100G QSFP28 DR1（500m）/FR1（2km）和LR1（10km）。光口側采用100G PAM4高階調制，可直接和4x100G PAM4的400G硅光模塊互聯互通，進一步提升了鏈路的容量和組網的靈活性。硅光子100G光模塊高度集成了調制器和無源光路，只使用1個激光器，實現4路信號的調制和傳輸，非常具有成本優勢。

400G

在400G及以上速率，傳統直接調制已經接近帶寬的極限，EML的成本又比較高，而硅基器件不僅具有高調制帶寬(>30GHz)，在器件尺寸、集成規模和成本方面也具有優勢。在數據中心400G時代，基于硅光子技術的光模塊主要定位于500m~2km這個距離上（這里暫不考慮硅光子的相干技術）。
產品有400G QSFP-DD DR4，采用4路并行的106Gbps PAM4光信號，光纖為MPO接口單模光纖。硅光400G DR4既可以實現1分4的分支組網，與100G DR1/FR1對傳，又可以替代接入側短距離多模400G光模塊互聯，具備端到端成本競爭力。在單纖傳輸的優勢下，與多波長光源封裝可以方便地切換為WDM模塊形態。