硅光时代：光模块行情的底层逻辑

　　钟林老师谈到了国产芯片的内卷问题，现在的芯片行业正如钟林老师所说的，现在国内芯片内卷严重，差不多产品就是无脑比价格，同质化竞争不是两败俱伤，就是满盘皆输。

　　第一是容易吃的肉已经吃完了，接下去是要啃高端市场那些硬骨头，啃下硬骨头的公司就有继续成长的机会，如果还是在低端内卷，结果肯定是看不到一丝机会和希望，接下去要做的是更高层次的国产替代而不是低端内卷；

　　其次是2.0时代会有一波大整合，现在芯片初创公司不要觉得干这行就自己特牛B，别人都是菜B，不要总想着自己单打独斗做大做强，适当的时机要学会整合，整合同行，整合上下游产业链，取长补短，携手进步，这点更考验公司的整合能力，执行能力，考验创始人的企业家思维，更考验背后投资人的利益。

　　这个利益无关技术，只关乎人性，皆大欢喜的结果自然是好的，但是实际上往往掺杂了太多利益方，你不肯让步，我不肯牺牲部分利益，结局就是僵了半天全黄最后凉凉，谁都干不好。所以做整合，做并购，是未来所有还想在这个赛道混投资机构，创业公司，上市公司们，所有人都必须要学的一门必修课，切记。

　　回到第一个问题，什么是难啃的硬骨头？有哪些方向？我可以侃侃而谈很久，但是落到实处呢？经过我司团队的头脑风暴，我们基本确定了硅光时代是未来的大方向，所以我会在相当长一段时间内关注这个领域和赛道。

　　自打1864年麦克斯韦的《电磁学通论》从理论上证明了无线电波的存在，把人类带入了一个电气化的时代。半个多世纪之中，无数科学家前赴后继展开对电与磁的奥秘的研究和探索。

　　其中最杰出之一马可尼，他为人类开创了无线电通信的发展之路，为无线电波的应用贡献出了自己的一生。

　　无线年，马可尼利用火花放电器，感应线圈和电键制造了第一台无线电发射机，随后又把金属检波器加以改装便成了天线米的通信。

　　这种常见的网线，也因为不同的时代，有不同的区别，在90年代，Cat5的网线问世，标志着网线技术的重大突破。

　　早在公元前300年，欧几里得就发现了光在空气和水中传播会发现折射现象，这为后世光纤发展奠定了基础。

　　1960年，美国物理学家泰勒和哈奇等人，成功制造出人类第一根能够传输光信号的光导纤维，这是光纤历史上最重要的里程碑，它采用了两层玻璃材料，通过光的反射原理进行光信号的传输。

　　到70年代，德国科学家基尔霍芬，成功制造出第一根单模光纤，相比多模光纤，单模光纤能够传输更多的光信号，大大提高了通信质量和传输距离。

　　到80年代，半导体激光器的和光电二极管的发展，让光纤传输技术得到了性的进步，激光器的应用使得光信号能够更远距离地传输，而且它几乎不会衰减。

　　1964年，他提出在电话网络中以光代替电流，以玻璃纤维代替导线年，高锟与霍克汉姆共同得出结论，玻璃光衰减的基本限制在20dB/km以下，这是光通信的关键阈值。然而，在此测定时，光纤通常表现出高达1000dB/千米甚至更多的光损耗，显然高损耗率很大程度上阻碍了光纤技术的发展，于是高琨开始寻找低损耗材料和合适纤材料来满足长距离光纤通讯的需求。

　　1966年，高锟发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文，开创性地提出光导纤维在通信上应用的基本原理，描述了长程及高信息量光通信所需绝缘性纤维的结构和材料特性。简单地说，只要解决好玻璃纯度和成分等问题，就能够利用玻璃制作光学纤维，从而高效传输信息。这一设想提出之后，有人称之为匪夷所思，也有人对此大加褒扬。但在争论中，高锟的设想逐步变成现实：利用石英玻璃制成的光纤应用越来越广泛，全世界掀起了一场光纤通信的。

　　1969年，高锟测量了4分贝/千米的熔融二氧化硅的固有损耗，这是超透明玻璃在传输信号有效性的第一个证据。在他的努力推动下，1971年，世界上第一条1公里长的光纤问世，第一个光纤通讯系统也在1981年启用。

　　在20世纪70年代中期，高锟对玻璃纤维疲劳强度进行了开创性的研究。在被任命为国际电话电报公司首位执行科学家时，高锟启动了“Terabit技术”（ “兆兆位技术” ）计划，以解决信号处理的高频限制，因此高锟也被称为“Terabit技术理念之父”。

　　高锟还开发了实现光纤通讯所需的辅助性子系统。他在单模纤维的构造、纤维的强度和耐久性、纤维连接器和耦合器以及扩散均衡特性等多个领域都作了大量的研究，而这些研究成果都是使信号在无放大的条件下，以每秒亿兆位元传送至距离以万米为单位的成功关键。

　　解决了传输介质问题，接下来就是解决光发射/接受，以及调制解调等技术问题。这些问题只是工程学应用的问题，无非就是把这些负责具体功能的芯片造出来，然后把它们整合到一起，光模块就做成了。

　　所谓光模块（ Optical Modules ），实际上的作用是实现光电信号互相转换的光电子器件，因为计算机用的是以0和1为单位的电信号进行运算，要通过光纤传递光信号，那么必须要有专门的光电转换器，这就是光模块的基本作用和原理。光模块，它主要由光部分和电部分两部分组成。光部分就是光发射器、光接收器等，而电部分就是各种功能电路，各种芯片比如驱动器，数模混合芯片，编解码芯片，时频信号处理芯片等不同功能的芯片。

　　根据不同的应用场合，不同的通信技术标准，光模块接口速率也各不相同，从125Mbit/s到41.25Mbit/s不等。

　　随着不同时代，整合的技术，封装技术也各不相同，最早的300PIN MSA光模块是最先应用于SDH和10G以太网光纤传输网络的模块。第一个可插拔光模块是GBIC，在千兆以太网接口转换器，交换、路由产品广泛使用。紧接着就相继出现了XENPAK、XPAK/X2、SFP、XFP、SFP+等可插拔光模块。

　　然后就是QSFP、CFP、CXP、CDFP、QSFP-DD、OSP等等光模块如雨后春笋般冒了出来，对应的速率也从10G、40G、100G、200G、400G到最新的应该是QSFP-DD，多模的，850nm波长，黑白光，400G主流，当然未来还有800G，甚至OFC2023上展示的1.6T的光模块！

　　但是到800G，1.6T时代，问题也随之而来了，这样的封装方式已经制约了更高光模块速率，业内追求更高集成度，更低功耗，更强速率，于是硅光时代来临。

　　传统光模块，实际上依然是在一块PCB板上实现，把各个分立器件直接整合PCB板上就行了，然而PCB受到制约条件太多，800G几乎已经是极限了，那如果想进一步呢？于是硅光技术来了。

　　如今互联网的带宽已经达到了几百Tbps的水准，这对数据中心内的后端流量提出惊人的需求，显然单个服务器设备的处理能力是有限的，于是有人提出能不能解决处理器间通信？这样多个芯片联合起来，就能进一步提升计算能力，非常棒！那么怎么实现多芯片联合呢？

　　这就是1.6T以太网的诞生初衷，就是为了处理器间通信。因此，处理器间通信成为了1.6T以太网的首个应用场景。继这一代应用之后，预计数据中心将推出交换机间的直连技术，实现高性能处理器和内存资源的集中利用，大幅提升云计算的扩展性和运行效率。

　　洒家曾经在DPU网络芯片那篇文章里也讲过这个应用场景，网络芯片哪家强？专业科普：原来这个领域要比你想的更复杂！

　　我推断未来存算分离之后，处理器间通信比如CPU和DPU之间，可以用一条高速通信的总线+高速光模块把两个不同的功能的服务器连接到一起打破系统瓶颈，进一步提升系统性能。

　　1.6T的超高速以太网非常的复杂，涉及专业的网络通信知识，包括控制单元下的MAC、PCS、PMA，AUI附件接口单元PHY下面的PMA，PMD等等。

　　MAC也就是介质控制访问器，它负责以太网成帧功能，包括查看源地址和目标地址、管理帧的长度、在必要时添加填充，添加/检查帧校验序列( FCS )，以确保帧的完整性。

　　对于较低的以太网速率，物理编码子层( PCS )只需对数据流进行编码，即可开始检测数据包，并确保信号平衡，然而，随着以太网速度的提高，PCS的复杂性也在增加。如今，由于每个物理链路上都有高速信号，因此有必要使用前向纠错（ FEC ）来克服固有的信号衰减。

　　换言之，整个以太网延迟是整个系统的延迟，它包括发送队列、信息处理时间、传输持续时间、介质穿越时间、信息接收时间、结束处理时间和接收队列中的时间。

　　除了本身数据源匹配，纠错，等数据处理所花的时间之外显然就是中继站，包括交换机，光模块转换间的各种延迟。

　　所以谷歌整了一个OCS光交换机，光模块上整出800G，1.6T的超高速光模块，毕竟遇到瓶颈才有新的需求！

　　传统的交换机上，从接收到光信号转换成电信号处理之后再变成光信号转发出去，要多达7,8次光电转换，这都带来了巨大的功耗开销以及性能损失。

　　于是谷歌直接用光纤准直器阵列（ fiber collimator array ），光纤直准器阵列内部包含多个光纤阵列和微透镜阵。