光跑得越慢，算力吃得越快

横滨国立大学、东京科学大学、日本产业技术综合研究所（AIST）和光电子产业技术研究协会（PETRA）组成的团队，在《自然·通讯》发表论文，展示一种利用“慢光”效应的硅光调制器：通过在硅光子晶体波导中蚀刻纳米级微孔让光减速传播，并内置电光均衡器补偿带宽损失，把单通道数据传输速率推高到200Gb/s，单位比特能耗降至26飞焦（1飞焦等于10的负15次方焦耳）。论文题目为“Reduced-DSP 200G/λ low-voltage slow-light silicon modulator enabled by built-in EO equalizer”，其中“Reduced-DSP”意指借助均衡器降低对外部数字信号处理芯片的依赖，进一步节省功耗。

研究背景是AI数据中心的互连压力。芯片紧邻时，传统铜缆尚可胜任短距离连接；距离一旦超过1米，就必须改用光纤，高速电信号在铜缆中会随距离快速衰减并产生大量热量，而光纤中的光信号几乎不衰减、也不发热。当前制约数据中心传输速率的关键环节之一是马赫-曾德尔调制器（MZM），这种硅基微芯片负责把电信号转换成光信号，相关技术已接近物理极限。论文作者判断，进一步提升速率，需要转换效率更高、体积与能耗更小的调制器。

团队的核心做法，是利用“慢光”增强光与器件的相互作用。硅光子晶体波导由布满微小孔洞的纳米结构构成，能产生传播速度更慢的光，从而显著提升调制效率。此前的慢光调制器受制于较大的电阻，高频带宽受限；研究团队在器件中集成电光（EO）均衡器，补偿了频率响应，将带宽提升至80GHz以上，与常规硅调制器相当。

成果的关键数据为：长度仅320微米的调制器，在开关键控（OOK）格式下实现140Gb/s传输，每比特能耗26飞焦；改用四电平脉冲幅度调制（PAM-4）后，最高速率达到200Gb/s。作为对照，传统MZM的长度通常在2至4毫米，实现同等调制速率需消耗数千飞焦每比特。新调制器体积缩小约一个数量级，调制效率提升约两个数量级。

更受产业关注的是工艺兼容性。慢光结构可采用CMOS兼容工艺制造，意味着无需新建昂贵产线即可大规模量产；相比之下，采用下一代材料的电光调制器，例如薄膜铌酸锂（TFLN），往往需要针对硅以外材料的特殊键合工序。这一特性正好卡在产业代际窗口上：AI数据中心光模块正从800G向1.6T迭代，新一代800G与1.6T产品分别以4×200G、8×200G为典型架构，单通道200G是其共同的技术底座。1.6T产品目前已进入规模部署阶段，国内厂商新易盛、中际旭创均确认相关产品持续放量。

从产业格局看，硅光仍是当前产业化最成熟、市场份额最高的光子材料方案，但行业普遍判断，硅光调制器在单通道400G（对应3.2T时代）将逼近带宽与功耗边界，薄膜铌酸锂被视为接替候选；据行业统计，全球实现高端TFLN调制器量产的企业目前仅三家，国内以光库科技为代表。本项研究的价值，在于用CMOS兼容的成熟工艺把硅光路线向200G/λ乃至更高速率延伸，为硅光守住代际份额争取窗口。与此同时，共封装光学（CPO）正成为高密度数据中心的重要方向：英伟达Quantum-X与Spectrum-X系列CPO交换机已进入量产交付，台积电的COUPE封装平台也已启动量产。论文通讯作者、横滨国立大学工学部教授马场俊彦表示，该架构有望成为未来共封装光学的构建模块。

需要指出的是，新器件目前存在较大的光学插入损耗，会削弱插入传输链路后的光信号强度；研究团队表示，这一问题有望通过设计优化加以最小化。该成果以“慢光+内置均衡器”的组合在速度、功耗与尺寸之间取得平衡，能否走向量产，还取决于后续损耗优化与良率表现。