-整理自世界光子大会会议报告导语AI大模型、超算集群爆发式扩容传统MEMS机械式OCS毫秒级切换、机械切换且损耗痛点凸显硅光MZI/MRR无源开关又面临链路插损累积、信号衰减难题。半导体光放大器SOA具有高速切换、无损耗、全固态等优良光特性是未来片上集成OCS的核心单元。天津见合八方作为全栈国产SOA供应商推出适配片上光交叉的系列自研芯片与混合集成方案为智算中心全光互联提供国产化完整解决方案。一、现有OCS技术各有短板当下主流三大OCS技术路线均存在难以根治的产业瓶颈1. MEMS微镜OCS当前商用主流依靠微机械镜面偏转切换光路端口规模大、插损偏低但毫秒级慢速切换无法匹配AI突发流量调度机械结构存在磨损、抗震差、寿命受限高频调度场景稳定性不足需要空间光学耦合而无法实现片上集成难以满足未来光互连片上高密度集成需求。2. LCoS液晶OCS无机械损耗但切换速度行业最慢偏振控制刚性成本高不适合低时延算力集群。3. 硅光无源片上OCSMZI/MRR全固态、纳秒级切换、芯片级高度集成但无源波导存在固有插入损耗多级矩阵叠加后信号大幅衰减必须额外搭配光放大器件系统复杂度与成本抬升。结合SOA能完美化解上述矛盾兼具高速光开关特性与光增益补偿能力单器件同时完成光路通断、损耗补偿两大功能是下一代片上OCS最优增益型开关单元。二、SOA光增益也是极速光切换1. 工作原理SOA是应变量子阱PN结有源光器件正向注入电流时触发受激辐射实现光放大零偏置/负偏置下呈现强吸收阻断光路传输天然具备电控通断双重属性。2. 光开关特性SOA具有优异的特性适配OCS场景✅高速切换切换速度1ns远超MEMS千倍适配AI动态拓扑重构✅高增益光增益最高40dB补偿波导和耦合损耗无需外置光放大器✅高消光比合适的驱动和配置消光比最高可达70dB✅全波段覆盖700–2000nm O/S/C/L全通信波段✅宽光谱增益谱宽60-120nm✅低噪声自研芯片噪声系数4dB✅低功耗打开通道≤50mW/ch关闭通道0功耗支持无TEC简化封装✅低偏振PDG0.3dB任意偏振光稳定切换3. SOA构建片上OCS核心架构与其他技术相比尽管SOA具有高速切换、高消光比、0损耗/高增益、宽光谱等优点但在功耗以及多级级联噪声累积上弱于其他技术。因此片上OCS方案业内已基本达成共识采用无源MMI/MRR有源Inp SOA的集成架构可兼顾两种技术的优势使得片上OCS兼具小尺寸、0损耗、低功耗等优势。上图未来片上OCS的基本架构示意基于SOA阵列可搭建2×2、4×4、16×16甚至256*256多级光交叉矩阵采用无源波导MZI/MRRInP SOA异质混合集成架构硅光MZI/MRR负责光路分束合束片上集成SOA阵列放在每路输出端口作为可控增益门控。光通路开启时SOA提供增益弥补损耗通路关断时吸收全部光信号提高隔离度。对比纯无源硅光开关同等端口规模下SOA集成OCS无需多级中继放大整机功耗、封装成本大幅下降性能大幅提升。三、用于OCS的SOA常规的SOA尽管也具备光增益和光开关特性但针对算力中心OCS需求SOA还需进行一定的改进和优化。天津见合八方深耕全栈SOA产品针对性推出适配片上光交叉SOA产品1. OCS专用SOA短腔SOA精准匹配OCS所需10dB适中增益- 低噪声系数低至4dB以内高速800G/1.6T光信号传输无劣化- 低功耗支持无制冷乃至非气密封装封装成本减半- 宽光谱光谱宽度60-100nm单芯片覆盖多波段WSS波长选择场景-低偏振PDG0.5dB可适配任意位置任意偏振- 低成本小尺寸具有较常规SOA芯片更低的成本2. 1×N硅光异质集成SOA Array芯片单片晶圆集成多路SOA阵列搭配垂直光栅耦合器简化硅光芯片光纤耦合工艺支持斜面光纤光子引线键合PWB两套封装工艺。3. InP SOA阵列透镜混合集成方案推出1×4标准化BOX器件采用透镜耦合封装单通道独立电控可外接硅光交换器件快速搭建8×8、16×16中型片上OCS样机。4. MZ干涉仪SOA混合集成光交换单元硅光MZI无源矩阵与InP SOA有源芯片端接耦合一体化封装单模块集成分束、相位调控、增益开关全功能面向万卡级智算中心大规模OCS批量落地。四、技术路线演进SOA定义片上OCS未来三代路径1. 近期落地硅光MMI InP SOA混合集成成熟倒装键合工艺兼顾硅光高集成度与SOA增益优势当前可小规模商用2. 中期迭代铌酸锂TFLN SOA单片集成依托铌酸锂超快电光特性搭配SOA增益补偿超高速超宽带交换3. 远期终极钛酸钡BTO SOA单片同晶圆集成全单片有源无源融合极致小型化、超低功耗万端口片上光交换五、国产一站式SOA解决方案天津见合八方作为国内专业全系列SOA供应商为OCS产业链提供如下服务1.全波段适配OCS场景的SOA覆盖880/1060/1310/1490/1550/1625nm全波段形态包含COC、蝶形器件、阵列模块、驱动板卡直接适配OCS研发测试。2.集成封装服务混合集成封装包括硅光/铌酸锂/钛酸钡无源光芯片与SOA一体化微封装透镜耦合、FA耦合工艺支持结语AI算力网络正向全固态、纳秒级、片上集成的片上OCS时代跃迁SOA作为唯一兼具开关与增益双重能力的有源光子芯片是打破传统光交换性能桎梏的核心关键。见合八方将持续深耕国产SOA全链条研发为国内智算中心、全光网络、光子集成产业提供底层光放大与光开关核心器件助力我国下一代全光算力基础设施落地。
