OCP EMEA 2025：Pilot Photonics应用于AI与云拓展的高功率、多波长激光器

OCP EMEA 2025大会上，Pilot Photonics的CTO兼联合创始人Frank Smith，围绕“用于AI和云扩展的高功率多波长激光器”展开了介绍，重点介绍了他们的外腔光频梳增强的多波长光源（EXCELS）产品，同时具备了窄线宽、精度高、功率大、易控制的特性。

参考：Pilot Photonics：基于InP增益开关的相干多波长光源和SiN comb的短距多波长光源

一、铜互连困境与光互连的必然趋势

开篇几张幻灯片或许略显夸张，但其揭示的“铜互连死亡螺旋”正是行业面临的核心挑战：随着铜缆数据速率升高，传输距离急剧缩短，因均衡和数字信号处理（DSP）导致的驱动功率呈指数级增长，这种不可持续的趋势已通过图表直观呈现。正如业界共识，解决方案指向多太比特光互连。

光互连的优势在于，在相近的每比特功率下，可实现容量和传输距离的跨越式扩展：单根光纤的容量可达铜缆的数量级倍数，传输距离同样提升数倍，且光纤具有更小、更轻、更柔韧的物理特性。演讲者将这一趋势定义为“万物皆光连时代”——尽管当前仍处于“能用电处用电，必须用光处才用光”的过渡阶段，但随着铜互连走向极限，越来越多领域将不得不依赖光互连。从内存互连、计算互连（如OIO架构）、网络互连（共封装光学）到数据中心互连，需求无处不在。例如，OFC会议中提及的超大型AI工厂（占地面积堪比曼哈顿），其海量连接正依赖先进多波长激光源实现容量和带宽密度的最大化。

二、多波长激光源的技术挑战与路线对比

单波长符号速率的增长已趋平缓，提升单波长速度愈发困难。当前数据中心内，短距采用1/4/8波长并行光纤，长距依赖波分复用（WDM）。传统粗波分复用（CWDM，20nm信道间隔）在高速率下受限于色散，难以通过扩展信道宽度提升容量，因此新的连续波WDM（CW WDM）网格应运而生——通过更密集的频谱排列（如200GHz间隔）增加信道数量，但对激光源提出了严苛要求。

1. 激光器阵列：高功率但精度不足

作为主流方案之一，激光阵列由独立波导上的多个激光器组成，优势在于单波长功率高（关键指标）、便于调制；但缺陷显著：波长精度差、寿命周期内易漂移、多元件控制复杂。

2. 梳状激光器：高精度但功率受限

梳状激光器通过单波导发射多波长，波长间隔由相位和频率严格锁定，具有终身稳定的超高精度，且控制简单（单一元件）。然而，其核心挑战是单波长功率低——总功率需在所有信道间分配，且可能依赖解复用技术。

3. 混合架构：EXCELS技术融合优势

Pilot Photonics的解决方案是两者的结合：外部梳状增强激光源（EXCELS）。通过梳状激光器锁定并同步激光阵列，实现“梳状激光器的低线宽、频率相位稳定性”与“激光阵列的单波长功率和低相对强度噪声”的优势融合。

目前已在单片磷化铟（InP）芯片上验证这一技术：芯片左上角为SiN外腔梳状激光器，右下角为四激光器阵列，在C波段通过相干收发器扩展（Superchannel），单波长功率远高于传统梳状光源，支持驱动高损耗的双偏振IQ调制器，同时基于固定梳状网格实现紧密封装。当前，该技术正从C波段（光传输网络）扩展至O波段（数据中心网络），以支持更高信道数量。

三、技术实现与产品进展

1. 核心组件与集成方案

EXCELS的核心是O波段16波长激光阵列（基于CWDM网格，由荷兰Smart Photonics通过Adoption项目制造），通过两种架构与氮化硅光频梳耦合：一种是常见的环形谐振器梳状结构，另一种是专利的布拉格谐振器结构（支持精确光谱定义）。两者集成至ELSFP（外部激光小封装可插拔）模块，适配共封装光学CPO网络。

2. 性能对比与实验验证

实验显示，传统氮化硅光频梳搭配无源解复用器时，单波长速率受限至约50Gbps；而EXCELS通过注入锁定解复用技术，将容量提升接近3倍，原因在于相对强度噪声降低15dB且单波长功率更高——这直接证明了该技术在高速率场景的潜力。

3. 产品发布与应用演示

在今年的OFC上，Pilot Photonics推出两款产品：左侧为面向开发者的测试测量盒（CW-WDM网格，16波长，200GHz间隔），右侧为激光阵列版本。

应用演示方面，CXL光互连是重点方向：CXL基于PCIe 7.0物理层，采用64Gbaud PAM4调制（标准草案0.9版），已实现8通道O波段传输：将8个信道耦合至MZ调制器，过滤后经量子点SOA前置放大和光电探测，原始误码率已接近目标（10⁻⁶，经前向纠错至10⁻¹²），灵敏度达到-6.5 dBm，实现了1 Tb/s的光学PCIe/CXL。

下一步计划采用MUX/Demux替代高损耗耦合器，并推动硅光引擎开发。通过Adoption项目，预计2025年底演示16通道，集成微环谐振器调制器与激光器阵列，验证共封装光学及PCIe/CXL光互连。

四、总结与未来规划

多波长光源是“万物皆光连时代”的核心使能技术。梳状激光器虽具优势，但单波长功率不足；EXCELS混合架构实现了两者的优势互补，目前已在InP芯片上验证技术，并扩展至O波段适配AI和云数据中心。产品规划方面，2027年第一季度推出EXCELS模块，此前将先发布纯激光阵列的过渡版本。Pilot Photonics正寻求与制造商和终端用户合作，推动技术集成。