光子技术走向芯片内部集成

随着AI处理器由图形处理器、存储堆叠芯片与各类专用芯粒组合而成，光链路不再只是数据中心的网络器件，它正成为先进封装的组成部分。CEA-Leti、Scintil Photonics与NcodiN三家企业分别深耕这一技术转型的不同环节：一边是面向共封装光学的多波长激光源，另一边则是专为光子中介层研发的纳米激光器。

CEA-Leti合作经理Eléonore Hardy表示，一直以来，数据中心的硅光技术都应用在机柜前面板。机柜内部的电子芯片负责算力运算，光收发模块则完成电信号与光子信号的转换，光子信号可通过光纤传输至数据中心各处乃至外部。

Hardy称，当下备受行业关注的互连链路，“距离芯粒、GPU、CPU以及存储芯片更近”。这类链路分布在机柜内部、先进封装内部，以及中介层之间。目前，这类互连大多仍采用铜线，但她表示，光子技术正逐步渗透至这一领域。

技术演进路径清晰：从机柜面板光收发模块，到机柜内置光引擎，再到与高带宽电子器件协同的共封装光学，最终实现光子中介层，在3D封装内部完成各芯粒之间的数据传输。Hardy接受采访时表示：“光互连将彻底走进3D封装内部。”

Scintil Photonics与NcodiN两家企业的技术路线差异，恰好对应两种技术落地思路。Scintil正在推进单片光子器件的异质集成工艺产业化，产品包含波分复用激光源；这类激光源置于封装外部，为共封装光引擎供给光源。成立时间更短的NcodiN则专注研发纳米激光器，可直接集成在封装内部的光子层中。

两条向内集成的技术路线

Yannick Paillard将公司旗下LEAF Light产品定义为“集成式光子多波长激光源”。该产品集成于外置激光小型可插拔模块（ELSFP）内，模块一般插在GPU系统机柜面板或交换机上，为共封装光学提供波分复用光源。

单颗芯片内部，Scintil集成了分布式反馈激光器、多路复用单元（将多束不同波长光源合并为单路波分复用光源）、四路光输出端口、监测光电二极管，以及片内频率基准源。频率基准源用于稳定各激光波长，使其符合客户所需的波长网格标准。

Paillard解释，AI系统之所以需要波分复用技术，核心思路是“低速多路并行”。单纯提升信号波特率会大幅增加功耗，而波分复用可将数据流拆分至多条低速率通道并行传输。他表示：“多路光波长传输需要多组激光器提供不同波段光源。”

基于该需求，市场亟需可大规模量产的集成式激光源。Paillard透露，公司目前已进入样品交付阶段，配套评估套件可供客户测试激光源，并对接共封装光学模组。企业规划：2026年交付数百套样品，2027年样品交付量达数千套，2028年启动产能爬坡，2029年实现全面量产。

Scintil的技术聚焦多GPU协同组网场景，支撑多块GPU融合为一套超大算力系统。长距离跨机柜、跨数据中心的数据传输早已广泛采用光链路。Paillard认为，下一轮技术变革将落地于大型AI系统内部的GPU互连；当前该场景仍以铜线互连为主，但随着带宽需求持续上涨，铜线将逐渐抵达性能上限。

他表示：“我们的产品面向GPU之间的互连，也就是行业所说的纵向扩容场景，目前该场景全部使用铜线互连。”Paillard预判，2028至2029年，该场景将迎来铜线向光互连的全面切换。

LEAF Light是一款原生支持波分复用的单片激光源，专为纵向扩容网络打造，可实现高密度、低功耗光互连。

NcodiN瞄准距离更短的封装内互连场景。公司CEO Francesco Manegatti表示，企业不聚焦横向扩容、纵向扩容类网络，核心研发方向是封装内扩容：单颗处理器内部的信号互通，包含GPU与高带宽内存之间的互连。“我们专注封装内互连，也就是封装腔体内部的数据传输。”

NcodiN的核心技术是硅基集成纳米激光器。不同于外置激光模块、传统集成分布式反馈激光器，该企业研发的激光器尺寸大幅缩小，可高密度集成，在封装内部搭建低功耗、超高带宽密度的互连通道。

产品目标应用场景为芯粒之间的信号传输，链路依靠光波导传输信号，无需光纤。Manegatti表示，该技术可帮助客户在单套硬件系统中集成更多GPU与存储芯片，将系统性能瓶颈从数据传输环节转移至算力运算环节。

NcodiN自研平台采用“多路并行、高速双向”设计思路，海量并行通道可双向同步传输数据。企业公布技术参数：带宽密度约40太比特每秒每毫米，光链路功耗约0.15皮焦每比特，单平方毫米芯片可集成约5000个纳米激光器。

Manegatti认为，光互连不会完全取代铜线。超短距离互连场景中，铜线依旧可以满足使用需求。但随着芯粒系统尺寸拓展至厘米级，未来进一步迈向晶圆级互连，光互连的优势将愈发突出。

他总结：“能用铜线的场景我们优先使用铜线，必须依靠光互连的场景，我们则采用光子方案。”

NcodiN旗下NConnect芯片模组特写

产业化最大难点：实现可规模化制造

上述两条技术路线面临共同难题：设计激光器本身难度有限，真正的挑战是将激光器件完整融入半导体量产工艺流程。硅光芯片可高效传导光路，但硅材料本身难以发光。因此企业需要磷化铟等三五族半导体材料制作激光源与光放大器。Hardy表示：“硅材料适合光路传输，但三五族材料是制作激光源、光放大器的必备材料。”

技术难点在于将三五族材料集成至硅基产线。三五族材料一般在4英寸晶圆上加工，而硅光工艺普遍采用200毫米、300毫米晶圆。若光子器件要满足数据中心市场的量产规模与成本要求，就必须将少量三五族材料精准集成在大尺寸硅光晶圆上。

CEA-Leti给出的解决方案是异质集成技术，核心工艺为直接键合。该机构仅在硅光晶圆需要发光器件的区域贴合三五族材料，而非整片晶圆覆盖。键合工艺采用分子键合，无需粘接胶；经过特殊表面处理后，两种材料可紧密结合，物理特性如同单一片材。

Hardy表示，Scintil、NcodiN这类无晶圆厂企业虽拥有成熟器件方案，但缺少将器件适配代工厂标准工艺的落地路径。“我们是初创企业与大型量产代工厂之间的桥梁。”

两家企业技术成熟度存在明显差距。Scintil是CEA-Leti孵化的企业，获得该机构多项专利授权。CEA-Leti同步配套研发适配工艺，助力Scintil对接量产代工厂、搭建完整供应链。Scintil今年2月宣布，已完成异质集成工艺移植，适配高塔半导体硅光工艺平台，现已落地200毫米量产产线。

反观NcodiN，由法国国家科学研究中心孵化，正与CEA-Leti合作推进技术产业化。Manegatti介绍，双方合作目标是将实验室技术落地产线，在CMOS中试线上完成300毫米晶圆工艺验证。企业预计2027年一季度末产出首批集成纳米激光器的晶圆。

行业仍存在多重落地阻碍。Hardy称，系统架构师数十年均使用电互连技术，只要铜线尚能满足性能需求，行业就会持续沿用铜线。其次行业缺少统一标准，各家企业技术方案互不兼容，大幅提升集成难度。激光器逐步贴近高功耗GPU后，热管理问题愈发突出；此外，封装成本高昂也是行业一大痛点。

Paillard表示，Scintil仍在持续积累器件可靠性数据。企业每月接收多批次晶圆，完成器件封装组装后，开展高温工作寿命测试，加速器件老化，为客户提供完整可靠性报告。

他坦言：“我们目前还未积累充足的量产可靠性数据，这也是现阶段我们重点推进的工作。”

NcodiN同样处于产业化前期，需要完成全套工业化验证。Manegatti表示，器件可制造性、良率、长期可靠性与成本控制，全部通过验证后，才能启动大规模量产。

光子技术正从机柜外围，逐步向内渗透至封装、中介层与芯粒互连网络。但行业核心问题并非“能否把微型激光器放置在GPU周边”，而是能否按照半导体产业量产标准，完成这类激光器件的规模化制造、测试与封装。