Smart Photonics：400G/lane高速高密度InP PIC技术支撑1.6T/3.2T/CPO生态

在ECOC 2025大会上，SMART Photonics高级产品经理Michiel Boermans分享了题为“Enabling InP PICs for the CPO & AI Era: Lithography Enabled High-Volume Integration of Lasers and High-Bandwidth Modulators”的核心技术成果，系统阐述了磷化铟（InP）光子集成电路（PIC）在相干检测（CPO）与AI数据中心场景下的技术突破、核心优势及规模化应用前景。

一、SMART Photonics：专注InP的全链条光子代工厂

SMART Photonics是一家独立的InP代工厂，构建了“设计-制造-集成-终端应用”的全闭环服务体系。在设计端，其专有PDK（光子设计工具包）支持客户自主研发，同时搭建了与设计公司的合作桥梁；制造环节覆盖外延生长、光刻、隔离与钝化、平坦化与金属化、研磨与抛光等核心工艺；集成层面实现了与Si、SiN平台的异质集成，并提供封装测试一站式服务；终端应用则聚焦数据中心与AI、相干通信、50G PON及传感四大核心领域。

该PDK具备极强的市场化优势：包含50余种专有构建模块，经过10余年持续优化迭代，已形成20余个授权及在审专利家族，覆盖放大器、激光器、调制器、光子二极管、波导、光栅等全系列无源与有源器件，能帮助客户快速缩短产品上市周期。

二、核心选择：InP材料的五大不可替代优势

InP之所以成为CPO与AI时代的核心材料，源于其独特的性能组合，全面超越硅光子等其他材料体系：

1. 极致高速性能：光电二极管、调制器、驱动芯片的最大带宽分别可达200GHz、300GHz、300GHz，光电综合带宽达100GHz，远超硅光子（SiPho）、锗（Germanium）、砷化镓（GaAs）等材料；

2. 高温稳定运行：InP激光材料可在85°C环境下稳定工作，支持高设定点运行，显著降低收发器模块功耗；

3. 低功耗与高可靠性：集成激光器的设计方案光学损耗最低，电力消耗可节省30%，且电信与数据通信收发器符合Telcordia等行业标准，是互联网数据传输的核心驱动；

4. 低综合应用成本：相比混合解决方案，InP PIC的组装与测试成本更低，高容量PIC方案支持基于晶圆的KGD（已知良好芯片）自动化测试与分die，进一步降低量产成本；

5. 光电集成优势：可在单芯片上实现激光器、放大器等有源器件与无源器件的集成，无需复杂异构封装，同时电气晶体管射频速度与连接性能为未来升级预留空间，无需增加系统复杂度。

三、CPO热潮下的AI数据中心架构革新

AI数据中心网络（DCN）架构正推动传输速率向800G/1.6T/3.2T演进，SMART Photonics的InP PIC方案完美适配这一趋势。该架构包含 spine/聚合层、leaf/集群层、TOR（机架顶部）交换机等层级，终端采用64通道CW-WDM ELSFP模块（每端口8个波长）与8端口800G/1.6T/3.2T FR4模块，通过InP PIC的高集成特性实现海量数据的高速传输，为CPO技术的规模化应用提供核心支撑。

四、高速调制器：从100G到400G/lane的技术跃迁

调制器作为InP PIC的核心器件，其性能迭代直接推动传输速率升级。SMART Photonics的调制器技术呈现清晰的演进路径：2020年实现38GHz射频速度、67GBd波特率，支持100Gb/s lane PAM4传输；2024年升级至65GHz射频速度、112.5GBd波特率， lane速率提升至200Gb/s PAM4；2026年将突破125GHz射频速度、225GBd波特率，实现400Gb/s lane PAM4传输，超高的125GHz带宽也为1.6T相干通信奠定基础。

更关键的是，InP调制器已具备支撑3.2T DR/FR传输的潜力：当前设计带宽已突破110GHz，线性外推分析显示其带宽可达到200GHz，远超硅光子调制器的性能上限。该类调制器长度不足1mm，支持单片或异质集成，与120GHz以上的InP驱动芯片兼容性优异，在阻抗匹配上具备天然优势，同时依托成熟的高容量制造工艺，实现晶圆级的成本控制与性能一致性。

近期在VLC（Hitachi集团旗下光子设计测试公司）的110GHz是德科技测试平台上，该调制器已实现100GHz+带宽的实测验证，进一步印证了其技术可靠性。

五、集成创新：1.6T/3.2T FR4 PIC的极致设计

SMART Photonics提出的AI数据中心FR4/8 PIC集成概念，展现了InP技术的小型化与高集成优势。以光子发射端（Tx）功能设计为例，单颗InP PIC集成了8个激光器、8个PAM调制器及2个4:1多路复用器，涵盖多波长通道，实际尺寸仅约10mm²。这种高度集成带来三大核心价值：一是芯片内连接减少光学损耗，降低系统功耗；二是极小尺寸适配高密度封装需求；三是晶圆级制造实现规模化经济效益。

对比传统方案，InP集成光子方案优势显著：与TFLN PIC相比，尺寸缩小7倍；与硅光子+TFLN调制器+DFB激光器的混合方案相比，成本降低50%，功耗减少80%，光纤连接点减少10倍，全方位满足3.2T FR4 DCN模块的严苛要求。

六、未来展望：从单一集成到全功能融合

InP PIC的集成之路正从当前的发射端（Tx）集成、芯片级集成，向未来的发射端与接收端（Tx&Rx）全集成、光子与InP驱动芯片集成演进。这一趋势将持续推动系统复杂度降低、尺寸缩小与成本优化，为CPO、AI数据中心、相干通信等领域提供更具竞争力的解决方案。

◆ 总结：InP集成光子学的核心价值与产业意义

SMART Photonics的InP PIC技术以“高集成、高速度、低功耗、低成本”为核心标签，通过对接耦合与深紫外（DUV）光刻技术，实现了有源与无源器件的高质量、高容量、可扩展集成。其PDK驱动的代工厂模式，为无晶圆厂设计公司提供了便捷的技术落地路径，而高速调制器等核心器件的持续迭代，正支撑着从1.6T到3.2T的传输速率升级。在CPO与AI技术爆发的时代背景下，InP集成光子学不仅解决了高带宽、低功耗的核心诉求，更通过全方位的性能与成本优势，成为重塑数据中心与通信网络生态的关键技术支撑。