OFC 2025预热(二)：短距光互连的明星初创公司们

光芯

发布于 2025-04-08 21:34:19

1.2K0

今天来看看OFC 2025上那些明星初创公司都介绍了哪些有意思的进展。主要介绍的公司之前都有陆续写过，包括Ayar labs,、Lightmatter、Celestial AI、OpenLight、Xscape、Lucidean等。Lightmatter和Celestial AI的验证结果展示感觉是脚步最快、最惊艳的(也体现到他们的融资上)，Ayar Labs在瞄准大规模制造优化耦合封装方案，而Xscape、Lucidean公司也有了不俗的进展，Nubis展示了新的应用场景，奇点光子开始露面，Openlight平台在持续演进，昨天Tower新闻稿提到的400G/lane技术看会不会在会场有介绍。

◆ Ayar Labs: OIO光连接器方案

① Th3H.2 Connectorized Optical I/O Chiplet with v-Groove for AI and High Performance Computing

针对 AI 和 HPC 应用中计算带宽的挑战，提出了带 V 型槽连接器MOLA(多通道光学连接器带透镜阵列)的OIO方案，旨在解决光学芯片集成到多芯片封装（MCP）时的良率和成本问题。该方案采用 Ayar Labs 的 TeraPHY™光学 I/O 芯片，通过 V 型槽实现光纤的无源连接，支持大规模制造（HVM）。

1. 光学封装架构设计

一级接口：采用永久键合（UV 固化环氧树脂）与 V 型槽光纤端面耦合，利用 GlobalFoundries Fotonix 平台成熟的 V 型槽工艺确保光纤精确对准。(另外一条潜在路径是可插拔的光纤接口，比如Teramount的设计)
光学互连：选择光纤束作为传输介质，因其技术成熟且适合早期产品推广。
二级接口：提出 MOLA（多通道光学连接器带透镜阵列）作为下一代接口方案，其紧凑设计兼容 HVM 流程。

2. MOLA 连接器性能优化

设计特点：12 通道光纤束（可扩展至 24 通道），硅透镜阵列通过有源耦合集成到 MOLA 插芯中，未来计划实现无源耦合。
性能指标：平移公差 ±6 µm（0.2 dB 插入损耗）、角度公差 ±0.2 度，距离公差 ±600 µm，支持即插即用。
可靠性测试：10 次插拔循环的重复性标准偏差小于 0.1 dB，采用硅胶密封和防尘帽解决灰尘防护问题。

3. 已知良品连接器芯片（KGCC）工艺

流程创新：将光纤连接和测试提前至封装前阶段，通过晶圆级电 / 光测试、MOLA FAU 集成测试，确保芯片功能正常后再与 CPU/GPU 等昂贵组件集成。
优势：减少 MCP 级光纤连接的良率损失，避免传统工艺中基板切口设计，最大化布线空间。

◆ Lightmatter: 10.7 Tb/mm²密度的微环收发机/片上OCS系统验证

Lightmatter这次来介绍了他的收发/封装方案和OCS的系统验证结果，微环收发CPO方案采用了TSV的3D集成＋无电感DRV实现超高带宽密度(前天曦智发布的天枢产品也是采用了相同的TSV三维集成路径)。另外就是OCS实现了更灵活的机架级的计算资源调度。

① Tu3J.6 Monolithically Integrated Microring Transmitter and Receiver for High-Density 3D CoPackaged Optics

针对 AI 和高性能计算（HPC）对超带宽通信的需求，传统电子互连因传输距离限制成为瓶颈。3D CPO 解决方案通过将光电器件集成在 XPU（处理器）下方的中介层中，可显著提升带宽密度。然而，其关键挑战在于光电器件及其驱动电路需极致紧凑，以避免占用宝贵的 XPU 计算资源。本文提出基于 45nm CMOS 硅光子工艺的单片集成微环 Tx/Rx，总面积仅 0.006 mm²，为现有技术的 1/10 。

1. 器件设计与架构

微环调制器（Tx） 采用总线波导耦合微环结构，集成无电感的 CMOS 驱动电路（单端反相器缓冲链），实现 1.3V 供电下 1.3Vpp 输出摆幅。Tx 面积仅 0.0028 mm²，支持 56 Gbps NRZ 信号。
微环谐振器（Rx） 集成锗光电探测器（56 GHz 带宽）和模拟前端（AFE），包括跨阻放大器（TIA）、CTLE和DCOC。AFE 采用主动电感扩展带宽，面积 0.0032 mm²，实现 86 dBΩ 增益和 6.4 pA/√Hz 噪声密度。
波长管理 微环设计为 O 波段操作，FSR为1.8 THz，兼容 200 GHz 间隔的 8 波长 WDM，并集成加热器实现波长调谐（0.44 nm/mW）。

2. 测试结果与性能

光电器件特性
- MRM 在 - 2V 偏压下 3dB 带宽达 34.1 GHz，消光比 > 18 dB。
- PD 在 - 1V 偏压下带宽 56 GHz，调制插入损耗 4.9 dB。
系统级验证
- Tx/Rx 通过片上波导互连，输入光功率 4 dBm，在 56 Gbps NRZ 下实现无均衡眼高 105 mV，3 抽头 FFE 后提升至 270 mV，误码率 < 10⁻¹²。
- 64 Gbps 下需 3 抽头 FFE 补偿，眼高仍达 270 mV。
能效与密度
- 总功耗 84.4 mW（不含激光器），能效 1.51 pJ/bit（56 Gbps）。
- 面积效率达 10.7 Tbps/mm²，为现有技术的 10 倍以上。

3. 对比与优势

与同类微环 Tx/Rx 相比，本文方案在 45nm 工艺下实现了最高的比特率密度（10.7 Tbps/mm²），且能效优于多数 3D 集成方案（如 7nm 工艺下 1.61 Tbps/mm²）。其无电感器设计和紧凑布局为高密度 3D CPO 提供了关键支撑。

②Th1F.2 Chip-to-Chip Photonic Connectivity in Multi-Accelerator Servers for ML

提出了一种用于机器学习的机架级计算架构，该架构采用通过片间硅光子组件连接的多加速器服务器。该架构实现了：

（1）多租户资源切片而不产生碎片；

（2）机架级集体通信速度提升 74%；

（3）端到端机器学习训练吞吐量加速 1.7 倍。

这篇文章的细节之前已经做过介绍了，详细内容参见：OFC 2025前瞻：Lightmatter的硅光互连＋光交换实现机柜级通信速度/训练吞吐量提升

◆ Celestial AI: 基于EAM+2.5D封装的内存池化光互连，相比NVLink实现22.8x训练加速

Celestial AI前两周刚宣布又融到资了，采访中说跟几家巨头有很好的初步验证结果。不知道是不是跟他的这个验证结果有关，他们家采用的是电吸收调制器的方案，相比微环主要卖点是高温稳定性更好。不过感觉他们家方案的价值主要还是在于内存池化，内存共享的光互连架构，可以先看下之前三星的这个报告(三星：光互连+分层网络架构+内存优化，打造百万卡算力集群)，他们与三星也是有合作的。除了利用光互连实现内存加速，他们也在联合惠普实验室开发速度更快的可寻址光存储技术(光计算)。

① W3D.1 Photonic Fabric for Memory and Compute Disaggregation

1. 技术背景与挑战

内存限制：大型语言模型（LLMs）和深度学习推荐模型（DLRMs）的参数规模已达万亿级，需 TB 级内存存储，而现有 GPU（如 NVIDIA H100）的 HBM 容量仅约 100GB，导致分布式计算中通信开销剧增。
光子技术优势：传统电子互连的带宽和能效难以满足需求，光子互连通过高密度、低延迟特性成为突破内存墙的关键。

2. 光子结构设备（PFA）设计

架构组成：
- 光子结构模块（PFM）：集成有源光子中介层（PIC）、先进 ASIC、2 个 HBM3e 堆栈（共 36GB）和 8 Tbps 网络交换机，通过 2.5D 封装实现高带宽密度。
- PFA 系统：16 个 PFM 组成全连接网络，支持 256 端口，为 16 个加速器（XPUs）提供共享内存（32TB）和统一地址空间。
关键技术：
- GeSi 电吸收调制器（EAM）：相比微环谐振器，EAM 具有热稳定性和紧凑尺寸（<100μm），支持高密度集成。
- 2.5D/3D 封装：分离 PIC 与 ASIC，利用 4/5nm CMOS 工艺优化模拟电路，消除 DSP 需求并降低功耗。

3. 光电器件性能验证

链路测试：
- 发射器（Tx）：56 Gbps NRZ 信号（PRBS13），调制器驱动提供 1.8Vpp 摆幅，误码率 < 10⁻¹²。
- 接收器（Rx）：集成锗硅光电探测器，通过 4 相采样和 FFE 均衡实现稳定信号恢复。

4. 性能基准与优势

DLRM 推理加速：
- 嵌入池化操作：在 10TB 模型上(128张H100，每张GPU是80GB内存)，PFA 相比 NVLink GPU 集群实现 22.8 倍加速，相比 PCIe 集群实现 28.3 倍加速。

能效与扩展性：
- 支持 HBM3e 全带宽，能效优于传统电子互连方案。

5. 结论与意义

PFA 通过光子互连实现内存与计算的高效分离，突破了传统 GPU 的 “内存墙” 限制，为 AI 模型的扩展性提供了关键支撑。未来可进一步优化系统集成和控制算法，推动光子技术在数据中心的规模化应用。

② Th1F.3 A 50 Gb/s WDM Silicon Photonic Ternary Content Addressable Memory Cell

这篇是跟惠普实验室HP Labs合作的，HP labs这两年热衷于光存储技术，之前对他家的平台也做过详细介绍，可以先看一下这个。

惠普实验室：大规模III-V/Si异质集成光子器件平台助力下一代光计算（一）

惠普实验室：大规模III-V/Si异质集成光子器件平台助力下一代光计算（二）

1. 技术背景与挑战

传统电子可寻址存储器 CAM 的局限：现有电子 TCAM 的搜索速度仅达数 GHz，难以满足低延迟网络和计算需求。
光子技术优势：通过硅光子学实现光域并行搜索，突破电子瓶颈。此前基于 InP 和微环谐振器的方案速度有限（最高 10 Gb/s），而本文通过 WDM 技术将速度提升至 50 Gb/s。

2. 光 WDM TCAM 架构设计

核心原理
- 利用波长分配实现三态存储（0、1、X），每个波长对应一种逻辑状态。
- 通过硅锗电吸收调制器（EAMs）控制光信号的通断，结合相位调整实现相干重组，计算搜索向量与存储向量的点积。
结构创新
- Xbar架构：支持 N 位搜索字并行比较，通过 WDM 将存储容量扩展至波长维度，减少插入损耗超 60%。
- 搜索字编码单元：生成互补的 NRZ 信号（Bit 和 Bit̄），驱动 EAMs 调制光信号，实现高效匹配线（ML）操作。

3. 实验验证与性能

芯片实现
- 采用 IMEC 硅光子平台，集成 56 GHz SiGe EAMs 和热光相位调制器（TO PS），实现低损耗复用 / 解复用（IL=1.5 dB）。
- 单波长通道间距 3 nm，支持 1548.4 nm（0）、1554.9 nm（X）、1558 nm（1）三态操作。
测试结果
- 速度与误码率：在 50 Gb/s 下成功验证三态匹配，眼图清晰，Q 因子达 4.9-7.62，误码率满足前向纠错（FEC）要求。
- 能效：计算得能效 38 fJ/bit，优于同类光子方案（如 InP 基 10 Gb/s 方案）。

4. 优势与意义

性能突破：相比此前 20 GHz 光 TCAM，速度提升 2.5 倍，能效接近电子方案（如 45 nm CMOS 的 25 fJ/bit）。
扩展性：通过 WDM 架构，未来可扩展至更多波长，进一步提升存储密度和并行处理能力。
应用前景：适用于网络地址查找、深度学习推荐模型（DLRM）等内存密集型场景，助力构建低延迟 AI 硬件。

5. 结论与展望

该研究通过硅光子与 WDM 技术结合，成功实现了高速、低能耗的光 TCAM 单元，为突破传统内存访问瓶颈提供了新路径。未来需优化器件集成和波长管理，以支持更大规模的光计算系统。

◆ Xscape: 可编程光频梳技术/微腔调制器

Xscape公司是哥伦比亚大学的三位大佬创建的，旨在将氮化硅光频梳技术应用到短距光互连中。光源采用的是转换效率更高的暗孤子光频梳，缺点是光功率分布不均匀以及Tx/Rx的波长对准，因为这个工作就是为了优化光功率的不均匀性，开发了波长选择和对准的方法。

OCP 2024：Xscape多波长光频梳光源技术

而调制器他们之前采用的是微盘调制器，比微环容差大，波长间距FSR大，但会存在多模(高阶模谐振)和插损大的问题，这次OFC又带来了新的结构，实现了单模工作，更低的损耗和更好的工艺鲁棒性。

① W1E.1 Order-Preserving Channel Calibration of Kerr Comb–Driven Microresonator-Based DWDM Link

1. 技术背景与挑战

多 FSR 架构优势：通过在克尔梳光谱中放置共振混叠（aliases），突破单 FSR 限制，实现超宽光谱（覆盖多个 FSR）的 DWDM 链路，提升带宽密度。
校准难题：工艺偏差和热调谐导致谐振器与梳状通道的对准复杂，需全局校准策略以避免通道顺序混乱和跨 FSR 干扰。

2. 通道校准算法设计

两阶段方法
- 锚点定位：利用克尔梳中心的高功率泵浦残留作为基准，选择最接近该残留的谐振器作为锚点。
- 顺序校准：通过相邻通道调谐功率差，从锚点向上下游依次匹配光电流峰值，确保光谱顺序不变。
- 搜索阶段：热调谐每个谐振器，记录光电流峰值（主共振或混叠对齐梳状通道）。
- 匹配阶段
关键创新
- 仅需少量调谐范围（每个谐振器扫描几个梳状通道）。
- 在晶圆级工艺偏差带来的波长偏差（全局 σ=0.65 nm，局部 σ=0.17 nm）下，支持 64 通道以上的大规模链路校正。

3. 实验验证

设置
- 采用SiN双环谐振器生成 200 GHz 克尔梳，结合硅微环滤波器验证 8 通道校准。
- 热调谐效率 0.38 nm/mW，对应单通道功耗4 mW（200 GHz 通道间隔）。
结果
- 成功校准 6 个微环滤波器(设备受限)，通道对准误差 < 0.1 nm，保持光谱顺序。
- 光电流峰值匹配验证算法在实际条件下验证可行。

4. 优势与意义

鲁棒性：通过锚点和顺序匹配策略，有效处理多 FSR 混叠和工艺变化。
扩展性：支持 4×16 链路架构（64 通道），并可跳过梳状光谱中的低功率通道。
应用前景：为未来计算系统中嵌入光子学的可扩展 DWDM 链路提供初始化解决方案，支持波长相关优化。

5. 结论

该算法通过全局锚点和顺序匹配，实现了多 FSR 克尔梳光频梳驱动 DWDM 链路的有序通道校准，验证了其在实际场景中的可行性。未来可进一步优化算法以适应不同梳状技术和链路架构。

② W2A.21 Tapered-Hybrid Bend, Interior-Ridge Modulator and Filter Supporting Tbps-Scale Links

1. 技术背景与挑战

需求驱动：数据中心和高性能计算对高带宽、低能耗光互连的需求激增，现有微谐振器（如环形、盘形）存在自由光谱范围（FSR）受限、插入损耗高或制造偏差敏感等问题。
THB 结构优势：通过混合欧拉弯曲和宽中心波导减少模式失配和辐射损耗，结合内部脊形设计优化热调谐效率和调制性能。

2. 器件设计与创新

THB 脊形调制器
- 结构：采用跑道形结构，内部脊形同时作为射频接触和加热器，垂直结设计降低电阻并提升调制效率。
- 性能：FSR 达 37.5 nm（4.65 THz），消光比 30.5 dB，热调谐效率 0.25 nm/mW，支持 32 Gbps NRZ 信号（眼图张开度 430 µW，动态消光比 4.2 dB）。
THB 脊形滤波器
- 结构：替换调制区为加热器，利用硅脊的高热导率提升热调谐效率至 1.3 nm/mW（6.2 µW/GHz）。
- 优势：静态IL低至 0.025 dB，制造偏差导致的共振波长漂移减少 45%，支持更密集的通道部署。

3. 性能验证与对比

实验数据
- 调制器Q 因子～6000，耗尽响应 45 pm/V（5.7 GHz/V），32 Gbps 下误码率满足要求。
- 滤波器FSR 37.5 nm，3 dB 带宽 0.44 nm（55 GHz），热调谐效率 1.3 nm/mW。
链路能力
- 通道间隔 114 GHz，在 1 dB 插入损耗限制下，支持 1.3 Tbps 链路。
- 相比盘形滤波器静态插损0.1 dB，THB 滤波器在相同带宽下允许更大的信号质量裕量。

4. 优势与意义

综合性能：结合微环和微盘谐振器的优点，实现高 FSR、低静态插损、单模操作和抗制造偏差能力。
应用潜力：支持 Tbps 级 DWDM 链路，适用于未来带宽密集型计算系统。
兼容 CMOS 工艺，适合大规模生产（300 mm SOI 晶圆）。

◆ Nubis : 用于 6G 前传的1.6 T高密度光引擎（OE）设计

W1C.5 Real-Time 1.6-Tbps Transmission Over 10 km for 6G Fronthaul in Co-Packaged Optics Radio Access Networks Using Eye-Safe Standard-Single-Mode-Fiber-Fed Remote Laser Sources

1. 研究背景

6G RAN 需求
- 高容量、低功耗光引擎是实现 6G 无线接入网（RAN）的关键，需适应高温环境和激光解耦需求。
- 挑战包括：散热限制、远程激光源共享、非保偏光纤（SMF）传输中的极化管理，以及眼安全机制。

2. 光引擎设计

高密度集成
- 堆叠芯片（SDA）：集成 16 个MZM和 16 个接收机（RX），实现 16×106.25 Gbps 全双工传输，芯片边缘密度达 246 Gbps/mm，面积密度 29 Gbps/mm²。
- 封装模块：LGA 插座式封装（15×15 mm）支持二维平铺，密度 664 Gbps/cm²，兼容商业 BiCMOS 工艺驱动电路。

3. 远程光源与光分配

去偏振激光方案
- 通过将两个正交偏振的激光器（波长差 300-350 GHz）进行偏振合波，实现 SMF 传输中稳定的去偏振光，避免偏振管理需求。
人眼安全机制
- 采用 1550 nm 监控光与 1311 nm 业务光复用，光纤断裂时通过回波信号触发激光关闭（响应时间 < 5 ms），确保公共区域安全（段落）。

4. 实验验证与性能

传输测试
- 10 km SMF 传输：所有 16 通道误码率（BER）<1E-4（45°C），支持高温（85°C）操作，验证实际部署可行性。
- 远程激光传输：通过 560 m SMF 实现无性能损失，等效于保偏光纤（PMF）传输，证明 SMF 光分配方案的有效性。

5. 结论与意义

技术突破：首次实现 1.6 Tbps 实时传输，为 6G 前传提供高密度、低功耗解决方案。
应用前景：支持开放式 RAN 架构，降低部署成本，推动光互连在无线通信中的规模化应用

◆ SCINTIL Photonics：CPO异质集成光源

W3A.4 Integrated Versus External Laser Sources in Pluggable and Co-Packaged Optics Applications

评估硅基单片集成激光源的优缺点：在可插拔和共封装光学应用中，将对比讨论性能、功耗、热管理以及实施难度 / 成本。

◆ OpenLight: III-V/Si异质集成推动400G/lane

M3K.3 Silicon Photonics Platform with Heterogeneously Integrated Lasers and EAMs for 1.6/3.2T

OpenLight是跟Tower合作的一个平台，正在大力推广他的硅光/III-V异质集成平台，OFC 2025的邀请报告数据似乎跟之前的数据差不多，可以参考之前这2篇的细节。但值得注意的是昨天刚出了新闻，说是他也搞定了400G/lane的技术，也是用的InP EAM异质集成到SiN-on-SOI平台上实现的，看看到时候会不会介绍新的进展。

① OpenLight & Tower：III-V on Si异质集成实现更高性能+更低成本

② OpenLight的300Gb/s硅光异质集成InP电吸收调制器(EAM)

◆ Quintessent: 基于量子点激光器的多波长光源技术

W1G.3 Multi-Wavelength Quantum Dot Comb Lasers

内容参考这篇

Quintessent：基于量子点激光器的多波长光源及短距光互连

◆ Lucidean: IMDD/简化相干兼容的硅光收发技术

这家主要是提出了一种兼容IMDD/相干互操作的架构，兼顾当前数据中心的IMDD和未来数据中心潜在的相干下沉，之前主要做了发端的架构设计，这次带来了TIA的流片验证结果。详细架构信息可以参考这篇。

Lucidean：兼容IMDD/相干互操作的200G/lane硅光收发

M2H.3 A 100 Gbps, sub-pJ/bit Transimpedance Amplifier in 90-nm SiGe in a Reconfigurable IMDD/Coherent Optical Receiver

首次在 90nm SiGe 中验证 100 Gbps TIA，证明该工艺在光接收领域的潜力。该 TIA 通过 SiGe 工艺优化和架构创新，为可重构光接收器提供了高能效解决方案，适用于数据中心短距相干通信和 PAM4 链路。未来可进一步优化带宽和集成度，支持更高速率和复杂调制格式。
结果分析
- PAM4 性能在 - 6.6 dBm ROP 下，BER<2.2e-4（KP4-FEC 阈值），眼图张开度满足要求。
- QPSK 星座图-3.6 dBm ROP 下实现清晰星座点，验证高阶调制可行性。
- NRZ 模式-7.3 dBm ROP 下 BER<1e-11，展示优异噪声抑制能力。

◆ 奇点光子：光互连的演进

Tu3G.5 Optical Interconnects for AI Computing Applications