面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景（2025年）傳統(tǒng)基于銅介質(zhì)的電互連方案，正面臨“帶寬墻”、“延遲墻”及“功耗墻”等三重嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：?jiǎn)瓮ǖ浪俾孰y以突破400Gbps，傳輸延遲高達(dá)數(shù)微秒，單機(jī)架互連功耗占比更是超過(guò)40%，這一系列瓶頸已成為制約超大規(guī)模智算集群算力釋放的核心障礙。改寫(xiě)了物理層互連架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)50%以上的系統(tǒng)能效提升。由此構(gòu)建的一代智算基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)。面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)編寫(xiě)說(shuō)明）： 1.1.大模型的巨量迭代引發(fā)智算集群架構(gòu)變革 11.2.大規(guī)模智算集群呼喚“光進(jìn)電退”技術(shù) 2 82.1.業(yè)界存在兩大類(lèi)光互連技術(shù) 82.1.1.設(shè)備級(jí)光互連：光交換機(jī)的演進(jìn)與應(yīng)用 92.1.2.設(shè)備級(jí)光互連：可插拔光模塊的演進(jìn)與應(yīng)用 2.1.3.芯片級(jí)光互連：從近封裝到光學(xué)I/O 2.1.4.新型光互連技術(shù)具備巨大潛力 2.2.芯片級(jí)光互連三大技術(shù)路線場(chǎng)景互補(bǔ) 2.2.1.芯片級(jí)光互連技術(shù)的組成原理 2.2.2.三大技術(shù)路線并駕齊驅(qū)，硅光或成未來(lái)主流 233.1.國(guó)際產(chǎn)業(yè)由巨頭牽引率先打通產(chǎn)業(yè)鏈 233.2.國(guó)內(nèi)處于從研究向應(yīng)用轉(zhuǎn)化的起步階段 28 35 43 47面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)11.下一代智算集群提出近乎嚴(yán)苛的互連需求為大模型未來(lái)發(fā)展方向的廣泛共識(shí)。大模型技術(shù)總體仍遵循擴(kuò)展法則求呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。如下圖所示，模型參數(shù)規(guī)模的增長(zhǎng)速度約每?jī)赡?00倍，其算法結(jié)構(gòu)在原有Transformer的基礎(chǔ)上，引入擴(kuò)散模型、專(zhuān)需要至少百倍規(guī)模的集群演進(jìn)速度來(lái)支撐大模型的發(fā)展，但芯片間的演進(jìn)速度。面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)2長(zhǎng)，已成為制約集群規(guī)模擴(kuò)展和性能提升的關(guān)鍵瓶頸，如下圖所示。Ethernet）等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足模型性一場(chǎng)根本性變革，從傳統(tǒng)單機(jī)八卡向超節(jié)點(diǎn)演變。超節(jié)點(diǎn)硬件堆疊，是一種通過(guò)極致性能的高速互連技術(shù)，將數(shù)十顯著降低多芯片并行計(jì)算的通信損耗，實(shí)現(xiàn)大模型訓(xùn)練與能力；二是算力密度高，由單個(gè)或多個(gè)機(jī)柜構(gòu)成，包含32到千卡的GPU數(shù)量，不斷逼近電互連物理部署極限；三是能效超節(jié)點(diǎn)單機(jī)柜功率可達(dá)40kW以上，采用液冷為主、案，配合柜級(jí)集中電源供電，在提供更高供電效率的同時(shí)面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)3為了實(shí)現(xiàn)更高的集群算效水平，互連技術(shù)方案的演進(jìn)迫在眉睫。在超節(jié)點(diǎn)設(shè)備的互連選擇上，當(dāng)前主要存在兩種路徑：基于銅纜于光纖的傳輸方式。盡管銅纜作為目前的主流方案，相較于插拔光模塊與光纖組合，擁有技術(shù)成熟度、成本、可靠性以及部護(hù)便捷性等多方面優(yōu)勢(shì)。通常在小于2米短距離和低于800Gbp高速組網(wǎng)場(chǎng)景中，銅纜憑借這些優(yōu)勢(shì)依然能滿(mǎn)足絕大多數(shù)應(yīng)用需求。），率瓶頸和布線困難等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，已然逼近其性能極限。隨著超節(jié)群規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)展至256節(jié)點(diǎn)乃至千卡級(jí)別，且單通道傳輸速率邁向的速率就足以造成超過(guò)15dB的插入損耗，導(dǎo)致信號(hào)失真率突面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)4場(chǎng)景下，電流通過(guò)銅線產(chǎn)生的巨大熱量不僅大幅推高營(yíng)成本，也顯著增加了系統(tǒng)的散熱復(fù)雜性。再者，銅擾，進(jìn)一步限制了電互連的帶寬密度。最后，布線困署的巨大障礙。隨著智算集群規(guī)模呈指數(shù)級(jí)擴(kuò)張，所何級(jí)增長(zhǎng)，使得布線難度與成本顯著提高，嚴(yán)重制約高效運(yùn)維。這四大固有物理局限，使得銅纜已無(wú)法滿(mǎn)InputOutput）為代表的創(chuàng)新方案成為替代銅纜些技術(shù)的核心在于最大程度地縮短電信號(hào)與光引擎（OE,OpticalEngine）之間的距離，實(shí)現(xiàn)在芯片層面即完成光避了傳統(tǒng)可插拔光模塊的高成本與易故障問(wèn)題，至同一芯片上，將電信號(hào)路徑縮短至厘米甚至毫米級(jí)別，面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)5圖1-4不同接口設(shè)計(jì)的SerDes功耗[3]接距離得到極大擴(kuò)展。光信號(hào)的低損耗特性心內(nèi)數(shù)百米甚至10公里以上的距離，徹底打6帶寬，而提供同等帶寬的銅纜束直徑將超過(guò)50mm，重量更是光纜的8倍。這種極致的輕量化與小型化設(shè)計(jì)，極大地簡(jiǎn)化了大規(guī)線難度，降低了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本，并為未來(lái)更高密度面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)7面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)82.極致化需求驅(qū)動(dòng)光互連技術(shù)革新根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景，光互連技術(shù)主要分為數(shù)據(jù)中心間（Data），數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景中的主導(dǎo)角色，甚至直接替代芯片上的電I實(shí)現(xiàn)信號(hào)在傳輸過(guò)程中遠(yuǎn)距離、低功耗、高密度的目標(biāo)光電轉(zhuǎn)換的光引擎（OpticalEngine，OE）是光衍生出許多技術(shù)范疇，我們將其主要分為兩大類(lèi)：設(shè)備級(jí)光互連主要有兩大技術(shù)，一是以光交換技術(shù)為主，主要應(yīng)用于設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)連接中，提供超高端口密度、極高速率（無(wú)帶寬瓶頸）、連接距離從米級(jí)到百公里級(jí)；二是以可插拔光模塊技術(shù)為主，主用于超節(jié)點(diǎn)設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)連接中，提供較高速率、千卡及以上規(guī)模里級(jí)別長(zhǎng)距離連接；芯片級(jí)光互連主要以共封裝光學(xué)為主，主要于超節(jié)點(diǎn)內(nèi)并進(jìn)一步下探到芯片內(nèi)場(chǎng)景，提供超高帶寬密度（可達(dá)9緩，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模難以快速擴(kuò)展；高速SerD一是，其在光層面直接完成端口間的切換，無(wú)需O-E-O轉(zhuǎn)換，徹底繞開(kāi)了制程、緩存和SerDes衰減等物理瓶頸，可與超大規(guī)模集群部署。光交換天然具備速率和協(xié)議無(wú)關(guān)的特性，從面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)達(dá)1.6T水平，封裝向高密度QSFP-DD/OSFP等演進(jìn)。但面向面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)下圖所示，相較于傳統(tǒng)可插拔光模塊，LPO直接去除了DSP芯片，保留），圖2-4傳統(tǒng)可插拔光模塊（上圖）與LPO（下圖）的對(duì)比示，在規(guī)模方面，當(dāng)前Scale-Up單層規(guī)面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)2芯片級(jí)光互連技術(shù)通過(guò)將電信號(hào)傳輸路徑縮短至厘米到毫米級(jí)），可實(shí)現(xiàn)超高帶寬密度、超低時(shí)延及高能效的智算集群互連能力。根據(jù)近封裝光學(xué)（NPO，NearPackagedOl近封裝光學(xué)（NPO）NPO的核心思想是將光引擎（OE）與封裝后的xPU成一個(gè)集成度較高的系統(tǒng)，GPU與OE的間距通常在數(shù)厘米以?xún)?nèi)，同時(shí)面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)因NPO將GPU與光引擎物理分離，避免了GPU在工作時(shí)的高溫?zé)崃恐苯記_擊對(duì)溫度敏感的光器件，從而導(dǎo)致波長(zhǎng)漂移和系統(tǒng)因此散熱設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、高效，系統(tǒng)更加穩(wěn)定。同時(shí)，由于圖2-6近封裝光學(xué)（NPO）結(jié)構(gòu)圖2-7共封裝光學(xué)（CPO）結(jié)構(gòu)面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)整個(gè)封裝體的更換，對(duì)良率和可維護(hù)性方面提出了備。但憑借其在超高帶寬、低功耗、低延遲、高大潛力，CPO有望進(jìn)一步下探至GPU算力芯片，實(shí)現(xiàn)圖2-9光學(xué)IO（OIO）結(jié)構(gòu)面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)過(guò)光域直連實(shí)現(xiàn)池化顯存的低時(shí)延調(diào)度與高帶圖2-10非聚合數(shù)據(jù)中心（DisaggregatedDC）的互連帶寬要求[7]），表2-1傳統(tǒng)電交換和光交換（OCS）對(duì)比分析傳統(tǒng)電交換采用隊(duì)列存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)方式，根據(jù)報(bào)文頭信息將不同的數(shù)據(jù)包），接將光信號(hào)折射到對(duì)應(yīng)要求低，180nm成熟工藝O-E-O轉(zhuǎn)換Any2Any面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與設(shè)備主板熱插拔OE與封好的芯片通過(guò)高速基距離縮短至厘50-100100-200200-500500-100020-50ns10-20ns5-10ns中低OE與芯片綁定口口低中高（公里級(jí)）（10米內(nèi)）面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)圖2-11芯片級(jí)光互連的組件構(gòu)成（以基于硅光技術(shù)的CPO設(shè)備為例）-detector），基于硅光子或III-V族化合物材料實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的調(diào)制、探測(cè)、解調(diào)和濾波等功能。其中，調(diào)制器負(fù)責(zé)將光信號(hào)調(diào)制成與等方案；探測(cè)器負(fù)責(zé)在收端將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；傳統(tǒng)可插拔于硅光芯片上的鍺硅探測(cè)器（Ge-Si,Germanium-Silicon）成主面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)電信號(hào)編碼到光信號(hào)上。與傳統(tǒng)光模塊將激光器和調(diào)制器該方案通常將調(diào)制器集成到硅光芯片上，而將激光器作為形式存在，如下圖所示，可減少散熱影響，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定光器方案與光引擎的耦合帶了新的挑戰(zhàn)，業(yè)界也有的技術(shù)方案，可解決光源與調(diào)制器分離帶來(lái)的光效率問(wèn)題圖2-13左圖：博通自定義的ELS模塊；右圖：符合OIFELSFP規(guī)范ELS模塊設(shè)備內(nèi)引入了額外的光纖及光纖連接器。如下后者為業(yè)界主要研究方向，其連接方法和類(lèi)型面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)圖2-14基于硅光技術(shù)的CPO交換設(shè)備示例（博通CPO交換機(jī)）這些方案可按材料分類(lèi)，也可按激光器的放置位置分類(lèi)，而材料與激光器位置往往密切相關(guān)。業(yè)界目前有三大主要技術(shù)路線：其中基于硅的調(diào)制器來(lái)對(duì)光進(jìn)行編碼）；而基于垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL,接改變其注入電流來(lái)調(diào)制光源，無(wú)需額外的獨(dú)立調(diào)制器；Micro-LED則在短距互連（~幾十米）中有成熟應(yīng)用，但在高溫穩(wěn)定性和更高速短距高速鏈路（~數(shù)米內(nèi)）中的應(yīng)用，展現(xiàn)出高響應(yīng)速度、高密度陣面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)發(fā)和集成的技術(shù)。根據(jù)調(diào)制器的不同，硅光方案可進(jìn)一步分為兩類(lèi)：一類(lèi)采用MZM調(diào)制器，另一類(lèi)采用MRM調(diào)制器。MZM在硅光可插拔光模塊市場(chǎng)中應(yīng)用廣泛，經(jīng)過(guò)大量部署驗(yàn)證了其可靠性?；贛ZM的芯片級(jí)互連方案借助這一優(yōu)勢(shì)，通過(guò)高度集成進(jìn)一步提升了密度。MRM方案則提供了另一種可能，能夠進(jìn)一步降低調(diào)制器的功耗，并提高集成密度。MZM與MRM相比，MRM具有小尺寸及低驅(qū)動(dòng)電壓的優(yōu)點(diǎn)，而MZM則有較寬的可操作光波長(zhǎng)范圍及較佳的熱穩(wěn)定性，相關(guān)比較如圖2-13圖2-15左圖：MZM調(diào)制器右圖：MRM調(diào)制器[8]硅光技術(shù)方案因集成度高、調(diào)制速率高，光源外置穩(wěn)光技術(shù)有望成為OIO中最核心的光學(xué)解決方案。面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)列，并結(jié)合先進(jìn)封裝方案，將系統(tǒng)損耗降低；光頻梳激光器，減少光纖用量并降低功耗并通過(guò)標(biāo)l基于VCSEL的光引擎方案圖2-16基于VCSEL的光引擎示例[9]制層精度優(yōu)化，結(jié)合PAM4高階調(diào)制技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)單通道200Gbps速率原型，同時(shí)抑制雜模提升信號(hào)完整性；通過(guò)低損耗硅基波導(dǎo)與VCSELl基于Micro-LED的光引擎方案硅光和VCSEL相比，Micro-LED的突出特點(diǎn)在于其天然適合構(gòu)建密度陣列，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道并行和空分復(fù)用，在有限封裝岸線面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)超過(guò)Tbps/mm2的帶寬密度。在功耗方面，研究表明其鏈路能效有望達(dá)到亞pJ/bit量級(jí)，適用于機(jī)柜內(nèi)的10米級(jí)短距連接。工藝路徑上，圖2-17AVICENAMicroLED的光引擎方案示例較成熟的產(chǎn)業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)牽引，VCSEL陣列依托既有者將在智算互連不同場(chǎng)景中形成互補(bǔ)，共同3.前瞻性芯片級(jí)光互連生態(tài)迎來(lái)關(guān)鍵窗口期以GPU/ASIC芯片的供應(yīng)商為例，他們同時(shí)具備計(jì)算芯片與以博通、英偉達(dá)、英特爾為代表，光引擎初創(chuàng)企業(yè)以AyarLab、l博通產(chǎn)品及技術(shù)方案51.2TCPO交換機(jī)的技術(shù)展示。其系統(tǒng)中含有8個(gè)光引擎，分布機(jī)芯片的四個(gè)方向。每個(gè)光引擎內(nèi)置64路收發(fā)器，每路收?qǐng)D3-1博通CPO交換芯片樣例[10]l英偉達(dá)產(chǎn)品及技術(shù)方案圖3-2英偉達(dá)CPO交換機(jī)展示的技術(shù)細(xì)節(jié)[11]交換設(shè)備總帶寬為115.2Tbps。電芯片采用TSMC個(gè)晶體管，通過(guò)將EIC減薄后混合鍵合到PI圖3-3英偉達(dá)CPO交換機(jī)光引擎截面圖[12]l英特爾產(chǎn)品及技術(shù)方案積淀，在光互連領(lǐng)域持續(xù)引領(lǐng)技術(shù)演進(jìn)。早在2020年功展示將2顆4Tb帶寬TeraPHYOIO芯片嵌入FPGA的異構(gòu)集現(xiàn)高帶寬芯片級(jí)互連；2024年公布的CPO最新進(jìn)展，傳輸速率達(dá)4×圖3-4英特爾基于硅光的CPO交換機(jī)方案[13]圖3-5AyarLabs基于硅光的光引擎和激光方案[14]實(shí)現(xiàn)了高帶寬、低功耗和延時(shí)的光FPGA產(chǎn)品。同時(shí)，英偉達(dá)、AMD也面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)初創(chuàng)企業(yè)Lightmatter推出了基于3D封裝技術(shù)的CPO產(chǎn)品Passage調(diào)制，提供32Tbps的帶寬，L200X支持112Gbps四電平脈沖幅度調(diào)制圖3-63DCPO光引擎芯片L200示意圖[15]硅谷初創(chuàng)公司Avicena主推基于Micro-LED的高密度、超低能互連方案，產(chǎn)品線以其模塊化的LightBundle平臺(tái)為核心，定位于Chip-to-Chip/Die-to-Die和板卡間短距互連，尤面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)圖3-7AvicenaLightBundle模塊架構(gòu)示意[16]密度，并目標(biāo)達(dá)到sub-pJ/bit級(jí)能耗水平；級(jí)到十米級(jí)（~10m）的短距互連，適CPO正從交換側(cè)向算力側(cè)滲透，硅光子集成（如臺(tái)積電異質(zhì)混合集成等多種技術(shù)路線并行發(fā)展?？萍季迗D，構(gòu)建從芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝到組裝的完整迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。預(yù)判2026-2027年是800G/1.6TCP將優(yōu)先應(yīng)用于大型云廠商的智算中心，主要面向2022年3月，由中國(guó)計(jì)算機(jī)互連技術(shù)聯(lián)盟（CCITA）聯(lián)合面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求等。標(biāo)準(zhǔn)文本結(jié)合數(shù)據(jù)中心交行和波分兩種技術(shù)路線，提出了外置光源的規(guī)格需求中際旭創(chuàng)、仕佳光子、濟(jì)南晶正等；中游主要包括光電共封、測(cè)試、下游主要是整機(jī)設(shè)備商以及云廠商，整機(jī)設(shè)備商交換機(jī)廠商，其中的頭部企業(yè)有：華為、中興通商主要以阿里云作為頭部代表企業(yè)。這些企業(yè)已l曦智科技公司解決方案合作研發(fā)了國(guó)內(nèi)首個(gè)xPU-CPO光電共封裝原型系統(tǒng)，采用超短距接口面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)圖3-8xPU-CPU光電共封芯片組件（左）及原型系統(tǒng)（右）l奇點(diǎn)光子智能科技公司解決方案芯片間光互聯(lián)光電芯片與光學(xué)引擎，可用于GPU-GPU間互聯(lián)的提高超節(jié)點(diǎn)規(guī)模。公司核心技術(shù)包括高速電芯片技術(shù)、高速光芯片技術(shù)、高速光電芯片聯(lián)合封裝技術(shù)、及高效光目前第一代產(chǎn)品通過(guò)先進(jìn)封裝技術(shù)將224G/lane電芯片與光芯片3D堆疊在一起形成一個(gè)獨(dú)立工作的芯粒。該芯粒產(chǎn)品可以以NPO面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)調(diào)制帶寬等優(yōu)勢(shì)，替代硅光方案，為未來(lái)發(fā)展102.4T及更高容量CPO圖靈量子擁有業(yè)界領(lǐng)先的GCS-HiCPO（玻璃基異質(zhì)集成光電共芯（玻璃通孔），可避免出現(xiàn)短路問(wèn)題，可靠性高，且極大降低SMT焊接難度和CPO整體維護(hù)難度；采用鈮酸鋰薄膜光子芯片技術(shù)，相比硅光具有更大帶寬，更低功耗，及更遠(yuǎn)的互連距離。l無(wú)錫芯光互連技術(shù)研究院解決方案年底開(kāi)始布局光互連技術(shù)解決方案，為光電芯在CPO技術(shù)方面，結(jié)合可插拔光模塊中積累面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)圖3-101.6T-CPO首代產(chǎn)品光引擎（LOE）和測(cè)試板l新華三公司解決方案托其在交換機(jī)和光模塊領(lǐng)域的深耕經(jīng)驗(yàn)，投入圖3-11全新PELS外置光源將傳統(tǒng)位于前面板的連接器通道通過(guò)Pass-thro面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)l清華大學(xué)集成光電子實(shí)驗(yàn)室解決方案清華大學(xué)集成光電子實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)基于Micro-LED陣列的光互連技圖3-12Micro-LED陣列并行傳輸演示l凌云光公司解決方案物理層全光線路交換靈活重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌С?×8至576術(shù)的OCS矩陣光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品已累計(jì)運(yùn)行超過(guò)188億端口小時(shí)，靠性，可滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)級(jí)穩(wěn)定性需求；同時(shí)具備卓越光學(xué)性能最高支持576×576配置，可靈活構(gòu)建大規(guī)模AI集群拓?fù)?。面向大?guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)圖3-13凌云光-HUBER+SUHNER320x320HS系列光交換機(jī)業(yè)化進(jìn)程較國(guó)際頭部企業(yè)晚，但憑借自主技術(shù)突破，已展勁。從基礎(chǔ)來(lái)看，國(guó)內(nèi)已制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，明確技術(shù)路線；企業(yè)方面，初步閉環(huán)。疊加大規(guī)模智算集群對(duì)高性能互連的剛需拉動(dòng)級(jí)光互連技術(shù)正從技術(shù)研究向試點(diǎn)商用邁進(jìn)，未來(lái)將在自面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)4.規(guī)模化應(yīng)用需跨越技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的雙重挑戰(zhàn)連方案之一，但其產(chǎn)品化受集成光學(xué)器件的市場(chǎng)接受度能力的限制，仍面臨多個(gè)方面的挑戰(zhàn)，尤其是在標(biāo)準(zhǔn)、l標(biāo)準(zhǔn)化挑戰(zhàn)型（如LGA、BGA等）尚未統(tǒng)一，進(jìn)一步影響供率。與此同時(shí)，各家廠商在光路規(guī)劃、光纖耦平行耦合）等方面也尚未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，增加了l封裝工藝挑戰(zhàn)Through-GlassVia）、多層高密度互連基板、Bumping凸點(diǎn)片堆疊等先進(jìn)封裝中的關(guān)鍵技術(shù)，每種關(guān)鍵技術(shù)都有各自的面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)l器件性能術(shù)還有一些需要克服的技術(shù)難題，一是硅波導(dǎo)的損耗控制難。的損耗主要源于材料本征吸收、界面散射及工藝缺陷等，需通硅材料摻雜濃度、提升波導(dǎo)拋光精度等方式改進(jìn)，仍面臨工藝性能平衡的挑戰(zhàn)；二是波導(dǎo)與光纖耦合難題。硅波導(dǎo)與光纖的寸失配，會(huì)導(dǎo)致單通道耦合損耗達(dá)1-2dB，且密集排布下的串增加，需依賴(lài)超精密對(duì)準(zhǔn)工藝，否則會(huì)降低整體鏈路效率；三穩(wěn)定性問(wèn)題。CPO中xPU芯片與硅光引擎集成度高，芯片運(yùn)行時(shí)溫度可達(dá)80℃以上，會(huì)導(dǎo)致微環(huán)調(diào)制器折射率變化，引發(fā)諧振l系統(tǒng)散熱問(wèn)題是高熱密度與共封空間的矛盾。同一封裝內(nèi)裝內(nèi)部狹小空間難以容納傳統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)，需封裝基板等材料熱膨脹系數(shù)差異顯著，散熱面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)l仿真與建模挑戰(zhàn)技術(shù)在芯片級(jí)光互連技術(shù)設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用將顯著提升械等多種等交叉學(xué)科的融合和多層級(jí)的跨越，這對(duì)仿限制了設(shè)計(jì)效率和可靠性。相比之下，光子仿真軟件工具成熟，存在工具集成度低、功能分散、學(xué)習(xí)曲線l測(cè)試與驗(yàn)證挑戰(zhàn)要求，因此給測(cè)試帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。一是光引擎被固定封附近，無(wú)法獨(dú)立更換或測(cè)試，導(dǎo)致測(cè)試點(diǎn)受限，在線調(diào)試速率通道，使高速電信號(hào)的測(cè)試難度和成本大幅上升，測(cè)具備極高的帶寬和精度。三是集成系統(tǒng)中的光路不可見(jiàn)、光信號(hào)的插損、反射和耦合效率等關(guān)鍵參數(shù)難以直接評(píng)估功耗密度要求；仿真建模方面，應(yīng)建立統(tǒng)一的PDK體系，推動(dòng)電-光-面向大規(guī)模智算集群場(chǎng)景光互連技術(shù)白皮書(shū)(2025)試平臺(tái)與自動(dòng)化在線診斷機(jī)制，以提升測(cè)試效率對(duì)可靠性問(wèn)題，可通過(guò)引入冗余設(shè)計(jì)和可替換的l光交換技術(shù)首先，由于缺乏O-E-O再生功能，鏈路必須承受更高的光損耗，對(duì)光模塊提出更高的性能要求。在一些場(chǎng)景下，還需要依賴(lài)高干光模塊以維持傳輸質(zhì)量。其次，光交換只能在端口間建接，交換粒度相對(duì)較粗，難以實(shí)現(xiàn)電交換在包級(jí)或子波長(zhǎng)度?？煽啃砸彩侵匾剂?，核心光交換設(shè)備一旦發(fā)生故障重配置，業(yè)界仍在積極探索新型