Photonics-SOI解决方案：赋能数据中心互连及云基础设施建设

随着全球数据流量的日益增长，数据中心和云基础设施正面临不断出现的新需求。而Soitec的Photonics-SOI充分发挥自身优势，可以满足包括硅光子收发器和数据中心光互连在内的市场中的多项应用需求。

把握时代脉搏：全球数据流量增长拉动云基础设施需求

随着5G网络的出现以及物联网设备和云服务的快速发展，当今超大规模数据中心数据流量的激增正推动传输速率和计算能力的提升。要在服务器机架和交换机中以合理的功耗提供足够的带宽，对短距离铜互连来说非常困难。

从数据上看，光解决方案市场（包括有源光缆以及短程和远程光纤收发器）预计将在2021年至2026年间实现两位数的增长。具体而言，到2026年，全球对100Gbps和更高数据率带宽的光收发器需求将达到年运行率近3千万台，年复合增长率（CAGR）23%。

在这个细分市场中，硅光子（Silicon Photonics）能够在大批量生产中以更低的成本提供高带宽密度和小尺寸的解决方案，展现出巨大的市场潜力。

超大规模数据中心是全球数字经济的核心

来源:IHS,福布斯（2020）

来源:爱立信（2020）

数据驱动型社会：互联网用户和物联网设备快速增长

5G超级循环：需在高速、低延迟数据链路情况下运行的5G智能设备、网络和服务即将面世

超大规模数据中心：对数字化内容的需求不断增长，全球对超大规模数据连接基础设施的需求激增

高能效与低成本：数据流量的增长要求广泛应用光连接技术以降低功耗与成本

硅光子：应对数据流量长期增长的关键

光通信具备巨大的潜力，可助力应对不断增长的数据压力。硅光子集成电路可赋能高性价比的CMOS设备，为光电新时期的发展铺平了道路。目前，Photonics-SOI晶圆已经让标准CMOS晶圆厂实现了高速光发射器和接收器芯片的大批量生产，为100GbE（千兆以太网）和400GbE数据中心内链路提供了高数据速率和高性价比的收发器解决方案。

SOI材料平台的优势显著。这主要得益于高度成熟的CMOS前端与封装技术生态系统，以及先进的制程技术。如今，该平台可赋能基于硅光的可插拔收发器进行大批量生产。对光子应用而言，SOI材料平台提供了最顶层硅和二氧化硅之间的高折射率对比度（n约为2），从而能够在小尺寸内灵活实现丰富的光学功能。

更重要的是，这让各种光学器件和电路的集成成为可能，例如波导和谐振器、半导体激光器和放大器、芯片到光纤耦合器、高速调制器、硅锗光电探测器以及光学滤波器和波长复用器/解复用器。另外，因其可兼容CMOS，SOI平台为光学芯片提供了一种高性价比的解决方案，赋能设计、封装、大批量生产、可扩展带宽、功能提升等方面。

基于这种工艺，硅光子技术可以用亚微米级别的硅波导替代数据互连中的传统铜线，利用光频发送、接收和处理信息。

Photonics-SOI赋能下一代光互连

SOI光子学：不再止步于可插拔收发器

面向数据中心互连（DCI）市场的可插拔光收发器是目前该领域最成熟的技术分支，而用于大容量服务器交换和芯片间互连的共封装光学（CPO）器件的引入，则为网络边缘人工智能和高性能计算迎来新一波颠覆性进展带来了希望。

事实上，当今服务器交换核心中用于数据输入/输出（I/O）的铜串行器/解串器（SerDes）技术存在固有的局限性，这进一步促进了将光学器件下移至电子器件的核心。后期，通过引入“光纤到处理器”光学小芯片（光学I/O），SOI光子学将可以促进数据中心架构的范式转移。这种新颖的机架级计算架构将使数据中心更加灵活。数据中心将能够在CPU、ASIC（专用集成电路）、存储和内存模块之间采用快速、低延迟的光学I/O，以此来聚集资源。

从这个意义上来说，采用光学I/O最终将为服务器架构提供更高的系统灵活性、可扩展的速度和高性价比的操作，而这些只有兼容CMOS的SOI光子学才能实现。

面向数据中心互连的硅光子发展

1、100GbE可插拔收发器目前已大规模量产

2、400GbE可插拔收发器正在竞争激烈的市场中崛起

3、共封装光学器件（第1代）是让光学小芯片更接近CMOS开关芯片的中间步骤

4、光学I/O（第2代）是由CMOS芯片和硅光子光学小芯片的直接共同集成的单块集成电路

推动Photonics-SOI应用的关键需求

有的放矢：Soitec的Photonics-SOI紧跟时代步伐

通过应用SmartCutTM专利技术，Soitec一直以来为多个客户大批量生产8英寸和12英寸的Photonics-SOI产品，重点面向硅光子收发器和数据中心光互连市场。

SOI背后的制造工艺，创新的SmartCutTM技术可堆叠超薄（从10纳米到几百纳米）且极其均匀的硅晶体层，是生产SOI优化衬底的关键基础。

Soitec将基于SmartCut的SOI技术和硅外延生长技术相结合，推出了SOI+EPI技术。因此，除了上述基于SmartCut的Photonics-SOI衬底外，Soitec还提供Photonics-SOI+EPI产品，顶部硅层的厚度仅为几微米，目前可用于早期客户样品的开发和小批量生产。除此以外，Soitec还提供Photonics-SOI的定制化服务。