以代工身份入局硅光互连领域，意法半导体的底层逻辑

数据中心/AI服务器市场爆发，对硅光互连技术的需求进入加速期

近些年，全球数字化进程推进，以及5G、物联网和云计算技术的普及，惠及数据中心市场规模的稳步增长，而伴随AI尤其是生成式AI引领的一场大模型竞赛，以及由此带来的一些端侧AI应用场景的出现，更让数据中心的规模增长呈现一种爆发态势。

这背后则是一场围绕AI技术发展和应用落地的高性能算力集群、基础设施搭建的全民运动，也让AI服务器的市场规模增长不断加速，据TrendForce最新研究，预计2024年整个服务器行业的总价值将达到3060亿美元。其中，与AI服务器相关的行业价值估计约为2050亿美元，与标准服务器相关的行业价值相比，增长更为强劲。展望2025年，由于需求持续旺盛且产品平均售价较高，预计AI服务器细分市场的价值将升至2980亿美元，同时，预计AI服务器将占整个服务器行业总价值的70%以上。

大规模数据中心和AI服务器对高算力、高数据传输带宽、低延迟以及低能耗的种种要求也带动了诸多产品和技术的创新和发展，其中就包括重要的互连技术。在互连技术上的光铜之争正在发生，尤其1月中下旬英伟达黄仁勋在接受媒体采访时的一番发言，为这一话题再添热度。“我们正在与台积电合作开发硅光技术，但它仍然需要几年时间（落地）。我们应该尽可能继续使用铜技术，在那之后，如果需要，我们可以使用硅光技术，但我觉得还需要几年时间。”这让此前业内普遍认为的在数据中心的互联技术领域光进铜退的大趋势似乎还未到盖棺定论的时候，但要注意，黄仁勋在这次发言中同时提到，“随着芯片复杂度的不断提升，封装难度随之加大，但令人振奋的是，未来的芯片级连接，如GPU-GPU/CPU之间的OIO互连，将有望通过硅光子技术实现。”可见，这里的光进铜退或许不是100%的绝对替代，但硅光互连技术仍是解决当前高算力芯片之间高效互连的重要技术发展方向，未来的市场空间值得期待。

近日的一次媒体沟通会上，意法半导体射频与光通信子产品部副总裁Vincent Fraisse表达了同样的乐观预期，“我们深信，在不断加速的AI基础设施发展的新时代，所有的元素都可以通过光连接的方式来进行互连。”

市场研究机构的数据也印证了这一趋势，据Yole预测，全球硅光市场规模有望在2028年突破60亿美元，年复合增长率达25%。具体到应用领域，AI领域采用的硅光光模块市场规模预计将从2023年的2亿美元增长至2028年的34亿美元，复合增长率约为38%‌。特别是在数据中心和高性能计算领域，硅光模块凭借其高带宽、低延迟和低功耗的优势，成为重要的解决方案。

意法半导体以代工身份入局，背后逻辑何如？

在上面提到的媒体沟通会上，意法半导体宣布针对云光互连市场推出新一代专有硅光技术，同时结合意法半导体新一代 BiCMOS 工艺技术，可以帮助云计算服务商和光模块厂商克服计算、内存、电源以及这些资源的互连中所面临的性能和能效挑战。

在描述这一业务和服务的定位时，Vincent明确表示，“我们的战略是将自身定位为一家代工厂，因此，在光收发器业务领域，我们仅针对硅光子学和 BiCMOS 技术提供代工服务。我们也会为客户提供诸如组装测试等服务，甚至包括一些设计服务。但我们不会开发自己的产品，以免与客户形成竞争关系。”

要理解意法半导体提供的技术和服务，需要了解其针对的云光互连主要的硬件产品光收发器的技术架构。光收发器的基本功能是将调制在光上的信号转换为通过传统导线传输的电信号，通常情况下都是可插拔的，可以插入交换机或服务器，从而构建一个灵活的互联网络。常见的光收发器主要由几个重要的半导体元件构成，包括微控制器MCU，用于控制收发器的操作，有时还包含一个用于处理器（xPU）的电信号进行均衡处理的DSP；电子集成电路（EIC），负责驱动光源，同时在接收信号时对信号进行放大；以及光子集成电路（PIC），负责实现光信号与电信号的相互转换。

光收发器架构及市场机遇 来源：意法半导体

意法半导体此次推出的专有硅光技术和BiCMOS工艺就分别针对PIC和EIC单元的代工制造服务。

在PIC部分，意法半导体推出专有硅光技术平台PIC00。在意法半导体看来，如今光收发器正从PIC转向一种被称为硅光子学（也简称为SiPho）的技术，“无论是对于可插拔式光模块还是共封装光学（CPO）光模块都是如此。我们相信，在AI集群需求的不断推动之下，未来十年硅光技术的增长率将会达到双位数。”Vincent强调。

相较于当前的电吸收调制激光器（EML）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）技术，SiPho表现出如下优势：
1. 易于集成，对与可插拔光模块和CPO有很好的适用性；

2. SiPho能够提供更优的性能，可以实现更远的传输距离，并且具备更高的传输速度，支持每个通道高达200 Gbps的数据传输速率。如果与市场对更高吞吐量的发展趋势相结合时，Vincent提到，“可以预见，在未来几年里，SiPho将在收发器市场中占据最大份额，甚至有可能会挤占用于GPU的短距离铜缆连接的市场份额。”

3. SiPho的另外一个优势是性能提升也可以转化成为能效优势。Vincent介绍，“再加上可通过BiCMOS工艺实现更加线性的EIC，从而通过省去DSP的方式来降低系统的整体功耗。”这就是在被称为线性可插拔光模块（LPO）或线性接收光模块（LRO）这类特定的收发器中所实现的功能。通过提供更优的信号质量，更强的线性度以及更低的损耗，来去除对DSP的依赖性，从而能够帮助降低功耗。“同时由于其更高的性能，SiPho还可以帮助LPO和LRO传输更远的距离。”Vincent补充。

“PIC100是目前市场上唯一支持300毫米晶圆的单通道200Gbps的纯硅技术平台。”Vincent表示，“具有紧凑的结构、广泛的工作范围以及卓越的性能，而这些性能水平是目前现有的集成硅技术所无法达到的。PIC100采用了全新的材料堆叠，实现光纤与PIC的高效边沿耦合，取代了传统的垂直耦合技术，这减少了系统损耗，而系统损耗一直是困扰所有传输技术开发者的难题。”

PIC100计划在2025下半年开始量产。

同时，Vincent乐观预测，未来SiPho也将会成为芯片到芯片即GPU互连的标准技术。“相较于传统的机架铜缆，SiPho能够使连接做得更加紧凑。这也是前面提到的共封装光学CPO的一个重要应用场景。”

“这些光到光（OIO）互连需要密集型调制器来实现紧凑的结构，需要定制化的EIC解决方案以提升性能并进行优化，还需要硅通孔（TSV）技术来限制损耗，并通过3D封装技术提高集成密度。意法半导体将在PIC100设计平台内提供构建这些光学IO所需的所有工具套件。”Vincent补充。

在EIC部分，意法半导体开放了其在BiCMOS工艺上最先进的B55X技术。“我们为客户提供BiCMOS技术已经有超过十年的历史。”Vincent表示，“就B55X而言，它具备市场上最佳的工作频率（Fmax）、特征频率（FT）以及更低的噪声性能。对于每通道200Gbps以及下一代400Gbps产品，它都是非常理想的技术。其出色的线性度对于LPO而言堪称理想之选，这种LPO适用于低功耗且低成本的光收发器应用。”

目前已有约20家大客户在采用意法半导体的BiCMOS技术设计EIC。

针对硅光互连市场，意法半导体选择在这个时间以晶圆代工而不是芯片供应商的身份入局，分析下来底层原因无外乎几点：
1. 首先是技术积累。意法半导体在硅光技术领域早有积累，具备提供相关技术和服务的能力。如Vincent所言，“十多年前我们在硅光技术上就有了很多技术积累和研究，我们也一直领引这一技术的发展，当时，我们决定暂时保留硅光晶圆的生产能力，但是不做进一步的产品的大规模生产，主要原因是那个时候市场还比较小，还处于比较早期的阶段，但是我们一直都保留着我们硅光技术的研发实力。”这点在意法半导体的财报上也有所体现，我们看到意法半导体在2013和2014年均有来自硅光技术的营收，分别是4.62亿美元和3.30亿美元，而从2015年开始又停止了这项业务，显然是营收增长不佳让意法半导体意识到还未到推动和开展相关硅光子学技术的时机，但其技术前瞻性仍可见一斑；

意法半导体2013-2015年财报 来源：ifind

2. 其次是时机选择。当下硅光互连市场开始加速成长，市场进入规模放量阶段，加之对未来市场增长前景的乐观预测，是入场的好时机无疑，“一直到现在，由于AI的蓬勃发展，整个市场的需求已经出现，这个市场已经到来，而我们认为，硅光技术是为AI而生的一种技术，这就促使我们进一步重启了基于这一技术的产品生产。”Vincent如是说；

3. 最佳盈利模式。意法半导体之所以选择代工厂的形式而不是自己做产品，背后应该是对投入产出和最大市场回报率的考量。如Vincent提到的预测数据，“到2030年，BiCMOS和硅光相结合的代工市场总规模预计可达到20亿美元。”意法半导体一定是笃信，通过在BiCMOS工艺和硅光技术方面的优势，用开放代工的模式可以为其带来更大的营收增长空间。