“洛阳纸贵”的CPO背后,关键技术硅光微环调制器(MRM)的前世今生

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从英伟达 CPO 量产,看一条正在被重新理解的硅光主线。时代接住的不止是 CPO 或 AI 热潮,更是那些围绕它们成长起来的产业力量。

CPO 正式"进入量产"

2026 年 6 月,GTC Taipei。黄仁勋宣布英伟达新一代 Vera Rubin 平台全面进入量产。在这场围绕算力的发布会上,有一条信息对整个光通信行业意义非凡:

与 Vera Rubin 一同登场的 NVIDIA Spectrum-X 以太网硅光(Spectrum-X Ethernet Photonics)——号称全球首款采用 200 Gb/s SerDes 的共封装光学(Co-Packaged Optics, CPO)交换机——已进入量产

官方对比数据显示:相较传统可插拔光模块方案,Spectrum-X 共封装光学交换机的网络能效提升 5 倍、AI 持续运行时间延长 5 倍、部署速度提升 1.3 倍。CoreWeave、Lambda、甲骨文云(OCI)位列首批生态伙伴。

几乎同一时间,Neocloud 厂商 Lambda 发布了一篇开箱评测:

他们将英伟达首批 CPO 产品——NVIDIA Quantum-X InfiniBand Photonics Q3450-LD 交换机——真正装进了自己的数据中心机房。

测评的几组数字值得整个行业驻足:

•一台传统交换机功耗约 7.0 kW,而这台 CPO 交换机只有 3.95 kW;

•信号路径从厘米级缩短到微米级,链路损耗从约 20 dB 骤降到 4 dB;

•长期被视为高速光互连"标配"的 DSP 被直接移除,连同它的功耗与时延一起消失在链路之中。

“这是全球首个基于微环调制器(MRM)技术的 1.6 Tb/s 硅光系统"。—— 黄仁勋在2025年 GTC 第一次向外界展示这套 CPO 时,就特别点到一个并不为大众熟悉的名字——Micro-Ring Modulator (MRM),微环调制器

从 2025 年的"全球首个",到 2026 年的"已进入量产",CPO 只用了一年,便走完了从"PPT 上的革命"到"机柜里的现实"。被黄仁勋反复点名的这个微环调制器(MRM),正是支撑这一切的核心器件。

CPO中的硅光微环调制器(MRM)

英伟达的 CPO 为何选中微环

在过去的很长一段时间里,更成熟、更稳定、更易量产优势的 MZM(Mach-Zehnder 调制器)才是高速光通信领域无可争议的主流方案。

然而,CPO的出现,改变了游戏规则。面积、功耗和集成度被放到与速率同等重要的位置上 ——这些恰恰都是微环的天生优势。

第一,极致的小。 

微环调制器的尺寸比传统 MZM 小一两个数量级,在 CPO 里,调制器要紧贴交换 ASIC 排布在芯片"岸线"(shoreline)上,单位岸线长度能塞下多少带宽——也就是业界所说的 岸线带宽密度(shoreline bandwidth density)——直接决定了一颗交换芯片能挂多少光口。微环足够小,就意味着同样的芯片边缘可以承载高得多的总带宽,这正是 CPO 走向百 Tb/s 级交换容量的物理前提。

第二,低功耗。

微环靠谐振效应,只需要利用极小的相位变化,就能实现显著的光强度调制,功耗显著低于 MZM,甚至低于 1 fJ/bit。在动辄百万 GPU、以兆瓦计电费的 AI 工厂里,每个器件省下的毫瓦,乘以天文数字的数量后,就是真金白银。

第三,天生适合大规模集成。 

每个微环只对应一个特定谐振波长,把若干波长略有差异的微环串在同一根波导上,就天然构成一套波分复用(WDM)收发系统。因此。英伟达才能在一个 1.6T 硅光引擎里整齐地排上 8 个 200G 硅光微环。结构规整、单元可复制,使它特别契合高密度的光电集成。

英伟达的 CPO 选择 MRM 以追求极致能效;而更早入场的博通,其 CPO 虽然通过去掉 DSP 实现约 50% 的功耗下降,用的却仍是传统的 MZM。

一个押注 MRM 的未来,一个稳守 MZM 的成熟。CPO 时代的第一道分岔口,微环站到了聚光灯下。

微环的前世今生

微环的故事,要从 2005 年的一间大学实验室讲起。那一年,康奈尔大学 Michal Lipson 教授团队(第一作者 Qianfan Xu)在《Nature》上发表了一篇里程碑式论文:做出一个直径仅约 12 微米的硅光微环调制器,比此前所有器件小了整整三个数量级。微环调制器,由此诞生。

然而,很少有人能预料到它有今天。诞生之后很长一段时间,微环都困在两个短板里:速度上不去,以及最致命的——对温度极其敏感。谐振器件温度每变一点,谐振波长就会漂移;对实验室只是技术问题,对数据中心却意味着无法稳定运行。因此很长一段时间里,微环都被视为"漂亮但不实用"。

转折发生在2018 年。当时主流商用 MZM 还停留在单波 25 Gbps,而 Intel 一举把 MRM 微环推到了单波 128 Gbps,第一次让它在速度上大幅反超 MZM;更关键的是,Intel 同时解决了困扰行业多年的"温度病",让微环在真实温变环境里也能稳稳锁住谐振波长。微环至此从实验室里的研究对象,变成真正具备产业化潜力的高速器件——这也成为整个硅光产业的重要转折点。

2018年Intel 128G硅光微环

很多年后,当英伟达和台积电为 CPO 量产反复打磨"控温 + 晶圆级波长一致性"时,他们面对的,本质上仍是当年 Intel 开辟的这条技术路线。

硅光的"黄埔军校":一条能力谱系

在硅光这种新兴的、重度依赖工艺与经验的领域,一个团队的来路,往往就是它能力的最好证明。

在硅电子时代,公认的"黄埔军校"是仙童半导体(Fairchild Semiconductor)。从仙童走出的工程师陆续创办了 Intel、AMD、National Semiconductor、LSI Logic 等一连串定义了整个产业的公司,在创办英伟达之前,黄仁勋本人也曾在仙童系LSI Logic工作。著名的"Fairchildren"一词,正是用来形容这批从仙童走出、又不断开枝散叶的人。

很多年后,当人们回顾硅电子时代时,会发现仙童最大的贡献或许并不是某一款产品,而是培养了一代又一代工程师,并由此构建起整个产业的人才网络。

而在硅光时代,一个类似的角色正是Intel。早在上世纪九十年代中期,Intel 就开始布局硅光 —— 2016 年前后规模出货的 4×25 Gbps(100G)硅光光模块,被普遍认为是世界上第一款大规模商用的硅光光模块。

比产品更重要的永远是人才。今天英伟达、博通、AMD 的硅光团队,乃至近年备受关注的一批硅光创业公司,其核心成员都或多或少带着 Intel 硅光的印记。就像仙童孕育了硅电子时代一样,Intel正在孕育属于硅光时代的新生态。

与此同时,学术界还有另一所硅光的"黄埔军校"——MIT 麻省理工。

从被 Cisco 收购的 Acacia,到如今硅谷炙手可热的 Ayar Labs、Lightmatter、Xscape Photonics,再到国内 AI 硅光算力第一股曦智科技,许多明星硅光团队都能追溯到这里。

一条有趣的人才路径展开来—— MIT 创造未来,Intel 把未来变成现实,而他们抚育出的创业公司,则将现实变成产业。这条谱系并非泛泛而谈,Intel 那篇 2018 年 Intel 128G 微环论文的作者们,恰好是它的缩影:

第三作者 Meer Sakib 后来加入英伟达,推动微环进入 CPO 体系;

另一位作者 Yoel Chetrit 离开 Intel 后联合创办 Dust Photonics,被 Credo 以最高可达 13 亿美元的对价收购;

这篇论文的第一作者孙杰博士,则在 2019 年离开 Intel,创办了摩尔芯光 —— 从应用场景出发,继续推进硅光技术的产业化。

把硅光装进机器里

孙杰博士的履历,恰好串起了前面那条 MIT 与 Intel 的从学术到产业的谱系:

在 MIT 期间,他以第一作者发表于《Nature》的硅光相控阵工作,在一颗硅芯片上集成了近万个硅光元器件,是当时集成度最高的硅光芯片,第一次在晶圆级验证了大规模硅光集成的可行性;而本文第二节提到那个超低功耗微环,也出自这一时期的 MIT 团队(他亦是共同作者)。

到了 Intel,他又主导完成了那项把微环推到 128G 的工作,把 MRM 从"小而美"的实验室器件推向实用稳定的高速光通信器件。

换言之,CPO 选择微环所看重的"低功耗""大规模集成"与"高速工程化",摩尔芯光的核心团队在十多年前就已亲手参与奠基。

大规模硅光集成芯片——硅光相控阵

2019 年成立之初,摩尔芯光把硅光技术的第一个落点选在了车载 FMCW 激光雷达,并获得华登国际的多轮早期投资——直到今天,华登仍是摩尔芯光最大的外部股东。作为一家专注半导体投资的老牌机构,华登看中的,正是激光雷达背后那个更泛化的硅光半导体基因。无独有偶,在摩尔芯光的一众豪华股东中,也出现了最近大火的那个"站在光里"的中科创星。

摩尔芯光当年的这个选择,从表面看像是从光通信跨向自动驾驶,但从技术底层看,两者共享同一套核心能力:高速调制器、低损耗波导、相干探测、光电协同设计、先进封装与测试——FMCW 中的"C"(Coherent,相干),本身就是现代光通信最重要的技术路线之一。

更关键的是它选择的成长路径。与多数激光雷达企业自上而下(top-down)做系统不同,摩尔芯光走的是芯片公司式的自下而上(bottom-up):从成立之初就深扎最底层的硅光能力,在多家主流硅光 Foundry 建立专有 PDK,并与 Tower 等厂商建立长期合作,开发出低损耗耦合、高功率波导、高速调制器、大规模光开关等核心器件,搭起覆盖设计、工艺、封装、测试、配套电芯片的完整体系。把这套器件库拆开看,会发现它并不专属于激光雷达——这些本就是光通信的核心零部件,再加上先进封装,就已经构成未来 CPO/NPO 系统里的核心 PIC 平台。

数年磨一剑。今年 CES 期间,摩尔芯光发布了 FR60——全球最小的硅光 FMCW 激光雷达,恰好踩中机器人与物理 AI 时代的节拍。据悉,凭借这一产品,摩尔芯光近期获得了北美某科技巨头的硅光引擎量产定点。 

摩尔芯光:FR60-全球最小的硅光激光雷达;硅光晶圆;硅光引擎

但 FR60 真正证明的,不止是一款跨时代的激光雷达。这也正是这家公司值得被重新理解的地方:"激光雷达"只是它的产品形态,"硅光芯片平台"才是它的底层资产。 

当 AI 把光互连推上风口,这套原本为激光雷达打造的平台,开始向 CPO/NPO 迁移。一条由硅光平台支撑、踩在 AI 基建最大浪潮上的第二增长曲线,就此打开。

第二曲线 AI 光互连主场

凭借这套硅光平台与产业积累,摩尔芯光在今年迅速推出了自己的光通信芯片——尤其是团队最为擅长的 MRM。多年沉淀在硅光芯片上的功力,能够支撑成熟产品的迅速转化。 

采用了摩尔芯光硅光PIC的光模块;高速PAM4调制眼图;用于CPO的WDM硅光微环调制器阵列,拥有极高的带宽密度(Shoreline bandwidth density)

据悉,相较已逐渐趋于红海的可插拔芯片,摩尔芯光下一阶段将着重发力CPO/NPO 光芯片:一方面,这个领域更能发挥 MRM 的优势;另一方面,CPO/NPO 更高的集成度,也能更好地兑现摩尔芯光在大规模硅光集成及先进光电封装上多年的积累。

下图展示的摩尔芯光光电混合封装(CPO)芯片:以硅光芯片作为基板,将多颗电芯片通过先进封装键合到 PIC 之上,用来驱动和读取其中的大量调制器、探测器与光开关。随着电 IO 数量和速率继续提升,传统 wire bonding 已难以满足高密度互连需求,而这种 PIC+EIC 的光电合封,正是 CPO/NPO 采用的典型形式。

当业界刚开始热议 CPO/NPO 时,摩尔芯光已经把这套关键的封装路线跑通。 

摩尔芯光通过先进封装将多个电芯片(EIC)与光芯片(PIC)实现光电合封。其中 PIC 为基板,EIC 为左图上半部分的 4 个小方块

除了能力积累的不可复制性,这条第二曲线上还有另一道隐形的护城河—— 当前硅光市场火爆到各硅光 Foundry 连新账户都很难排上。

而摩尔芯光过去几年沉淀下来的工艺与产能资源,加上激光雷达硅光芯片上真刀真枪的产品化与量产经验,将为其光通信芯片的量产之路,带来独一无二的助力。

过去几年,"激光雷达"这个浓墨重彩的标签,多少模糊了摩尔芯光作为一家硅光芯片公司的本质。然而真正能穿越周期的芯片公司,其产品与市场本就应当多元。

从 MIT 时期的大规模硅光集成,到 Intel 时期的高速微环,再到激光雷达时代沉淀的 PDK、先进封装能力与产品能力,背后始终是同一条没有改变过的底层逻辑——硅光芯片。更难得的是,它已经经历过真实产品化验证,同时兼具芯片与系统能力;这在当下硅光赛道里并不常见。

兜兜转转,这条硅光主线又一次回到了微环。只是这一次,舞台已经从当年的实验室,变成了 AI 时代的数据中心;微环也从曾经的光通信配角,变成了 AI 时代的宠儿。

而摩尔芯光要回答的,是能否带着这套硅光平台,在 AI 基建的大潮中,跑出它的第二增长曲线。

责编: 爱集微
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