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對速度和帶寬的需求正在推動硅光子學的進步。一個圍繞著基于光的互連的生態(tài)系統(tǒng)正在形成，隨著像Intel這樣的老牌企業(yè)擴大收發(fā)器和相關(guān)光子元件的規(guī)模，初創(chuàng)公司正在推動這項技術(shù)。利用當前的芯片設(shè)計和制造工藝是光子驅(qū)動的應(yīng)用爆發(fā)的關(guān)鍵。
光互聯(lián)在從數(shù)據(jù)中心、傳感器和醫(yī)療診斷到AR/VR等計劃中的6G無線應(yīng)用中正在取得進展。DARPA是早期研究的啟動者，正在尋求在更高分辨率的雷達和電子戰(zhàn)系統(tǒng)中使用光學鏈路。
除了數(shù)據(jù)中心運營商，潛在用戶還包括部署所謂的分散架構(gòu)的云服務(wù)供應(yīng)商。這種方法涉及到解耦計算資源，以允許存儲和其他計算資源的擴展。其他部署包括連接5G基站，減少數(shù)據(jù)密集型AI和HPC應(yīng)用的延遲，這些應(yīng)用正開始主導(dǎo)數(shù)據(jù)中心的工作負載。
面臨網(wǎng)絡(luò)瓶頸的數(shù)據(jù)中心運營商正在尋求光學解決方案，以保持巨大數(shù)據(jù)量的傳輸，從而提供即時搜索結(jié)果和實時視頻等服務(wù)。隨著數(shù)據(jù)速率的提高，那些“最后一英里”集成光鏈路正在取代銅線。光學部署還有望減少數(shù)據(jù)中心30%的能耗。
除了能源效率，光數(shù)據(jù)通信有望提供更大的數(shù)據(jù)管道，同時將大數(shù)據(jù)工作負載的延遲降低10倍。
服務(wù)器等數(shù)據(jù)中心設(shè)備的供應(yīng)商正被chip-to-chip的光互連所吸引。例如，企業(yè)服務(wù)器供應(yīng)商HP今年早些時候宣布，將把Ayar Labs的光互連技術(shù)集成到其面向AI和高性能計算應(yīng)用的高端以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的未來版本中。
Ayar Labs的CEO Charlie Wuischpard表示：“數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域一直存在這樣的挑戰(zhàn)，它給性能提升帶來了瓶頸。我們的想法是讓光子技術(shù)盡可能接近計算，以抵消不可持續(xù)的電力消耗、發(fā)熱和頻率退化。”
除了開發(fā)用于最后一英里通信的電子轉(zhuǎn)換光子的芯片，Ayar Labs還在與光學芯片連接專業(yè)公司Lumentum合作，以大規(guī)模生產(chǎn)外部激光源。Ayar Labs在今年3月宣布了這項合作。
在其他領(lǐng)域，無源光網(wǎng)絡(luò)正在進入基于開放無線電接入網(wǎng)（OpenRAN）架構(gòu)的5G無線部署。例如，最近被選中演示使用OpenRAN部署5G的一個歐洲財團表示，它將使用無源光網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。
Synergy Research Group首席分析師John Dinsdale表示：“光互聯(lián)最初會吸引大型服務(wù)供應(yīng)商，其經(jīng)濟和運營效益都很明顯。隨著時間的推移，用戶將流向較小的服務(wù)供應(yīng)商和較大的企業(yè)。”
Dinsdale預(yù)測，利用光鏈路的應(yīng)用和服務(wù)范圍將會擴大。他說：“許多這樣的服務(wù)需要消費或處理大量數(shù)據(jù)。雖然不是所有服務(wù)都需要超快的響應(yīng)時間，但很多都需要。隨著用戶數(shù)量、數(shù)據(jù)需求和對速度的需求不斷增長，這不可避免地推動所需的技術(shù)解決方案更多地進入光學領(lǐng)域。”
光學神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
目前，用于訓練、推理和數(shù)據(jù)分析的邊緣AI芯片是新興硅光子學的主要應(yīng)用領(lǐng)域。在減少延遲的同時，這些邊緣應(yīng)用也必須有很好的能效。Intel的AI Labs發(fā)表了一項名為ONN（光學神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）的研究，據(jù)稱這種網(wǎng)絡(luò)可以在“超高帶寬”下通過光學方式遠距離傳輸數(shù)據(jù)。這些特性將使基于硅光子的AI芯片成為新興邊緣AI網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組成部分。
Intel的AI研究人員表示，他們的方法為“高效、抗故障ONN的架構(gòu)設(shè)計提供了明確的指導(dǎo)方針”。然而，對于許多商業(yè)應(yīng)用來說，光子元件仍然不夠精確。Intel的研究人員表示，在算法開發(fā)和訓練策略等領(lǐng)域需要進一步發(fā)展，以減少光學神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的誤差。
除了Ayar Labs之外，在過去幾年中，其他光子學初創(chuàng)公司也出現(xiàn)了，以應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)邊緣的AI推理等挑戰(zhàn)。例如，Lightmatter于2017年從MIT分離出來，開發(fā)硅光子處理器。Lightmatter在Hot Chips大會上展示的一款光子測試芯片被定位為使用光處理和傳輸數(shù)據(jù)的AI推理加速器。
Lightmatter的3D模塊包含12nm和90nm的ASIC，后者支持光子學處理步驟，如光分布和激光監(jiān)測。該設(shè)計還包括一個Mach Zehnder干涉儀，通過將電信號轉(zhuǎn)換為在輸入和輸出波導(dǎo)之間傳輸?shù)墓獾?ldquo;亮度”變化，用光來編碼數(shù)據(jù)。
該架構(gòu)類似于不同顏色的光束穿過棱鏡，允許AI處理器同時計算不同波長的光。
硅光子學前景光明光收發(fā)器的這些和其他進展已經(jīng)幫助推動了硅光子學領(lǐng)域。例如，據(jù)ReportLinker.com 6月中旬發(fā)布的一份市場調(diào)查顯示，到2027年，前沿收發(fā)器市場的復(fù)合年增長率預(yù)計將略高于14%。
該預(yù)測指出：“由于云計算和5G等應(yīng)用，對更高（數(shù)據(jù)）速率的需求正在增加。”隨著服務(wù)器接入交換速度向100-Gbit范圍推進，光收發(fā)模塊正被用于解決網(wǎng)絡(luò)瓶頸。收發(fā)器經(jīng)常與信號解碼器和激光二極管一起使用，以緩解數(shù)據(jù)堵塞。
就連美國國會也看到了這一點，去年成立的一個國會光學與光子學核心小組尋求重振美國的制造能力，同時解決光子學技術(shù)支持者認為阻礙創(chuàng)新的技能差距。
與此同時，National Photonics Initiative也在推動光基技術(shù)的發(fā)展。它指出，集成光子學利用半導(dǎo)體制造和封裝工藝生產(chǎn)硅光子學。
