OFC 2026 Coherent大会报告：AI算力扩张时代，光子学从通信基石走向计算核心

报告本文基于OFC 2026全会开场演讲内容整理，主讲人为Coherent公司Dr. Julie Sheridan Eng，完整还原了光电子行业四十年演进历程、AI时代光互联的核心技术路线与未来发展趋势。

一、从幕后到台前：光子学迎来AI驱动的全新时代

作为拥有近30年OFC参会经历、深耕光电子领域30余年的行业从业者，演讲开篇即点明行业的核心变革：过去数十年，光子学始终在幕后推动通信行业的规模扩张，从长距电信系统的DWDM技术，到AI数据中心的光收发模块，持续提升带宽密度、优化能效并降低成本。但今天，光学技术已不再是后台的辅助角色，而是成为AI数据中心架构设计的核心考量，AI算力的持续扩张将越来越依赖光学领域的创新。

这一变革的底层逻辑，是光电子技术四十年的演进，始终遵循着一条清晰的路径：所有网络均从电互联起步，随着数据速率的提升，最终转向光互联。而今天，AI数据中心已经成为大规模分布式超级计算机，光学技术正首次进入“机器内部”，从连接网络设备的传输载体，转变为嵌入计算架构的核心组成部分。

二、四十年征程：光子学的四次演进浪潮

演讲将光电子行业的发展划分为四个明确的时代，每个时代均由核心应用驱动，重塑了光学技术的路线图：

1. 1980-1990年代：长距电信时代

光学技术彻底变革了长途电信行业，光器件集成在线卡上，核心设计优先级为性能与可靠性，成本与规模量产为次要考量。

2. 2000年代：企业数据中心时代

企业数据中心的带宽需求突破了铜缆的极限，从Cat5/Cat6电布线转向光互联。该场景对即插即用与供应链稳定性要求极高，推动了可插拔光模块与VCSEL（垂直腔面发射激光器）的规模化应用。

3. 2010年代：超大规模数据中心时代

超大规模数据中心驱动带宽密度呈加速增长态势，推动了数据中心单模光纤的普及，磷化铟（InP）与硅光子技术成为支撑长距传输的核心方案。同时，单通道速率的增长跟不上带宽需求的提升，多通道集成、高级调制格式与DSP芯片内置成为光模块的核心演进方向。

4. 2020年代至今：AI数据中心时代

AI数据中心成为光学创新的核心驱动力，带宽密度、功耗与可扩展性成为压倒一切的设计优先级，光学技术正式从设备间的连接，走向设备内部、芯片级的互联。

三、指数级增长与加速挑战：光互联的成就与现实压力

1. 过去二十年的行业里程碑

基于LightCounting的实际收发器数据，过去20年，光互联行业实现了三项同步的指数级突破：

- 带宽密度（单位：Gb/s/mm²）提升超过150倍

- 单比特能效提升40倍

- 每Gb/s成本下降60倍

这三项指标的同步优化，是支撑全球数据通信行业持续扩张的核心基础。

2. 前所未有的增长与时间压力

当前行业正面临“带宽指数级增长、量产周期持续压缩”的双重挑战：

- 光模块速率呈指数级上升，从10G到800G、1.6T，再到未来的25.6T，带宽增长超100倍；

- 量产周期大幅压缩：10G光模块实现年出货1000万件用了15年，800G模块仅用了5年，1.6T模块预计仅需4年。

与此同时，半导体物理极限的约束越来越强，而AI算力需求的增长速度，已经远远超过了单芯片性能的提升速度。数据显示，大语言模型训练所需的算力以每年4.5倍的速度增长，而摩尔定律与Dennard缩放仅能实现每2年2倍的性能提升，二者的缺口持续扩大。这一缺口只能通过并行计算架构填补，而并行系统的性能上限，完全取决于互联能力——这正是光学技术成为AI算力核心的根本原因。

四、AI数据中心的三大互联域：光技术的落地与演进

演讲介绍了AI网络的光互联的三大核心域：Scale Up（纵向扩展）、Scale Out（横向扩展）与Scale Across（跨域扩展），三大域的架构约束不同，对应的光学技术路线也存在明确差异。

1. Scale Out域：可插拔光模块的持续创新之路

Scale Out域指将多个计算节点组网，形成分布式AI超算的网络架构，是当前可插拔光模块的核心应用场景。该场景为多厂商异构环境，链路距离覆盖10m至10km，灵活性与互操作性为核心优先级，目前已全面实现光互联。

◆可插拔光模块的核心价值

可插拔光模块的核心优势在于极致的灵活性：

- 标准化多厂商生态，支持即插即用，运维便捷；

- 可延迟架构决策：交换机完成部署后，运营商可根据实际需求，为不同端口配置不同距离、不同技术路线的光模块，且可随时调整，无需更换交换机硬件。

◆ 带宽密度提升的两大核心路径

交换机的I/O带宽上限，由光模块的带宽密度决定，行业主要通过两大路径实现突破：

（1）单通道速率提升

当前主流量产技术已实现200G per lane，400G per lane已完成技术验证，三大核心技术路线并行发展，各自适配不同的应用场景。

其中，砷化镓VCSEL方案已实现100G per lane量产，完成200G per lane技术验证，凭借最高的出货量与最低的单比特能耗，成为30-50m多模光纤短距场景的最优选择；连续波（CW）激光器搭配硅光子的方案，同样实现200G per lane量产，依托高集成度与强大的无源扩展能力，主要适配500m-2km单模光纤的中距场景；磷化铟电吸收调制激光器（EML）方案拥有最优的电光性能，目前已实现200G per lane量产，完成400G per lane技术验证，广泛应用于10km以内的长距、高损耗链路。

400G per lane技术已验证了带宽超100GHz的调制器与探测器，包括磷化铟差分EML、薄膜铌酸锂（TFLN）调制器、硅光子MZM调制器等方案。但无色散补偿的前提下，400G单波长实际传输距离仅约1.5km，CWDM场景下仅500m，更长距离需引入色散补偿、空芯光纤或O波段相干调制技术。

（2）通道数扩展与高密度集成

单通道速率的提升已跟不上带宽密度的需求增长，多通道集成成为核心解决方案。早期10G光模块为单通道设计，而当前主流的800G、1.6T光模块均采用8×100G、8×200G的多通道架构。

多通道集成并非简单的器件堆叠，而是跨学科的系统级创新：2012年首款100G CFP模块与2015年的100G QSFP28模块，均为4×25G设计，但后者面积缩小8倍，带宽密度提升8倍。这一突破依赖于非气密环境兼容的磷化铟器件、无制冷激光器、小型化光无源器件、阵列化光电芯片等全链条创新。

当前，更高密度的可插拔形态已落地：上周刚发布的XPO模块，集成液冷散热，单模块支持64×200G，总带宽达12.8Tb/s；OIF高密度形态（HDFF），支持400G per lane，可实现64×400G，总带宽达25.6Tb/s。

2. Scale Up域：CPO开启板内光互联的新范式

Scale Up域指将处理器、加速器（xPU）组网，形成单个逻辑计算节点的内部互联，当前仍以铜缆互联为主。该场景为封闭系统，无需跨厂商互操作，链路距离多在30m以内，密度与能效为核心优先级。

◆铜缆的物理极限

仿真数据显示，单通道速率提升会直接导致传输距离下降：200G per lane下，无源铜缆的传输距离仅约1米，而标准机柜高度就达2米。尽管有源铜缆、复杂背板设计在延长铜缆的生命周期，但随着速率向200G per lane以上演进，机柜级互联已必须转向光学方案，共封装光学（CPO）成为核心解决方案。

◆ CPO的架构本质与权衡

CPO并非全新的器件品类，而是可插拔光模块的架构重分配：将光模块内除DSP外的所有光电元件，从机柜前面板移至交换芯片/xPU附近的系统内部。

◆CPO核心优势：

- 消除了从芯片到前面板的长距离高速电走线，大幅降低均衡功耗，提升能效；

- 前面板仅需保留光纤接口，突破了光模块物理尺寸对交换机I/O带宽的限制，带宽密度实现量级提升。

◆ 对应的代价：

- 灵活性大幅下降，技术路线、厂商选择需在系统设计早期锁定；

- 可维护性显著降低，行业通过可插拔外置激光器、插槽式CPO/NPO（近封装光学）方案缓解这一问题。上周发布的Open CPX MSA协议，正是为插槽式CPO制定标准化规范。

CPO最适配对带宽密度、能效的需求远超灵活性的Scale Up域，演讲明确指出，不存在最优的CPO架构，不同方案均为系统约束下的权衡，预计多路线将长期共存。

目前行业主流的两大架构路线，分别为高速窄带与低速宽带方案。高速窄带方案通过高速SerDes将并行信号串行化，减少通道数与光引擎数量，优势在于光纤数量少、光纤管理简单、封装接口带宽密度高，对应的挑战是对高速光电与电子设计要求更高，SerDes带来的功耗也相对更高；低速宽带方案则保留低速并行信号，无需高速SerDes，简化了单通道电子设计，也规避了高速SerDes带来的额外功耗，对应的挑战是所需光引擎数量更多，封装复杂度、光纤管理难度与光纤成本也随之提升。

◆ CPO的多元技术实现

与可插拔光模块一致，CPO也将呈现多技术路线共存的格局，各自适配不同场景：

- 硅光子基CPO：可与先进封装流程无缝集成，通常采用外置可插拔CW激光器，解耦热约束并提升激光器可维护性，支持WDM波长扩展，适配两种架构路线。本次OFC上展示的6.4Tb/s插槽式光引擎，带宽密度达15Gb/s/mm²，远超当前可插拔模块的水平。

- 砷化镓VCSEL基CPO：针对短距场景优化，成本与功耗优势显著，有望实现1pJ/bit的极致能效，激光器集成在光引擎内，无需外置激光源，但需解决xPU高热环境的适配问题。

- 新兴技术：MicroLED基CPO，架构上最适配低速宽带方案；磷化铟MZ基CPO，集成半导体光放大器（SOA），适配400G per lane的高速窄带场景。

3. 配套技术创新：OCS与热管理

◆ 光交换（OCS）的复兴

OCS技术在行业内已有20年的发展历程，如今在AI数据中心迎来复兴，核心驱动是AI工作负载的特性：AI训练产生大规模、可预测的流量流，且xPU成本极高，需要最大化设备正常运行时间。

OCS可通过软件定义的光拓扑重配置，无需分组处理即可调整光纤连接，提升xPU的资源利用率与系统可用性，支持多模型训练的资源动态分配，也可实现备用机架的故障切换，提升系统弹性。其核心权衡是会引入插入损耗，影响光功率预算，目前MEMS、液晶、压电、PIC等多条技术路线并行，64×64、320×320规格的OCS已实现量产，未来将向更大口径、更高集成度演进。

◆ 热管理成为核心架构要素

AI加速器单器件功耗已超过1kW，液冷已成为数据中心主流方案，5-10℃的结温差异，就会对xPU的可靠性与性能产生显著影响。因此，比铜、硅导热系数更高的金刚石、碳化硅、金刚石-碳化硅陶瓷等材料，成为行业研发的重点方向。

4. Scale Across域：DCI向频谱与空间并行要容量

Scale Across域即数据中心互联（DCI），指跨数据中心的光互联，距离覆盖10km至1000km以上。AI工作负载的功率约束与弹性需求，推动算力跨多数据中心部署，对长距、高容量光互联的需求持续增长，传统电信产品正式融入AI网络体系。

◆ 频谱效率提升的边际收益递减

长距传输已全面转向相干调制，而频谱效率的提升已接近香农极限，每一次频谱效率的优化，都需要更高的信噪比支撑，容量提升的边际收益持续下降。因此，行业的扩容重心，已从频谱效率提升，转向三大方向：扩展可用频谱、提升空间并行度、更高的系统集成度。

◆ 传输与传输层的核心演进

- 传输层：从专有方案全面转向标准化可插拔相干模块（ZR/ZR+），与数据中心内的光模块采用统一形态，磷化铟与硅光子技术均已规模部署，薄膜铌酸锂技术成为未来演进方向。随着波特率提升、OSNR余量收紧，光放大的重要性持续提升，半导体光放大器（SOA）、微型化EDFA已集成至可插拔模块内，C+L波段扩展也需要新一代磷化铟可调谐激光器支撑。

- 传送层：第一步是C+L波段扩展，可将可用频谱近乎翻倍；进一步的容量增长，转向多光纤对与多轨（Multi-Rail）放大架构。多轨架构通过阵列化集成器件、共享计量与控制单元、高效无制冷泵浦激光器，实现了放大系统容量的线性扩容，而体积与功耗仅呈亚线性增长，适配多光纤对的扩容需求。同时，空芯光纤（降低延迟、减少色散）、多芯光纤（提升单缆容量）等新型光纤技术，也将成为长距扩容的重要支撑。

五、总结：光学创新定义AI算力的未来

演讲最终明确了行业的核心共识：

1. AI网络全域的扩容需求正在持续加剧，而半导体物理极限的约束也在同步收紧，AI系统的规模扩张，将越来越依赖光学领域的创新；

2. 光学网络不存在“一刀切”的万能方案，不同的技术路线并非对立的竞争关系，而是针对不同架构约束的工具，未来将长期共存、协同演进；

3. 光学技术已经完成了从“连接网络设备”到“嵌入计算架构核心”的跨越，进入了前所未有的、兼具重大意义与机遇的全新时代。