从数据中心互连革命看“低功耗、高并行”光通信新范式

一、AI算力爆发下的光通信困局与Micro-LED破局之道 

在AI计算需求年均增长300%的背景下，人工智能集群在数据量、带宽、延迟和速度方面面临着前所未有的要求。全球数据中心正面临铜互连的物理极限挑战。在112 Gbps以上，铜互连信号衰减可达约40 dB/m，10米内误码率难以控制在1E-12以下，人们迫切希望将光纤连接尽可能地靠近电路板。在全光AI数据中心的技术路线中，互连向“更近、更冷、更省电”的方向演进已成共识。美国的Avicena公司提出了一种基于MicroLED的“宽而慢”（Wide & Slow）光互连架构解决方案，用光学连接取代电连接，以低成本、节能的方式满足日益增多的GPU之间通信的迫切需求。使用数百个通过成像型光纤连接的蓝色MicroLED阵列和探测器阵列，每个Micro-LED像素能够以4到16吉比特每秒的速度发送数据，聚合带宽可达到多太比特每秒（Tbps）级别。用超高并行度取代极限速率，显著降低能耗与复杂度，为GPU—HBM、GPU—GPU短距连接提供新范式。

MicroLED光互连架构方案的率先提出也推动了Avicena估值半年激增300%至45亿美元，获得B轮融资加速量产。

Micro LED技术正在逐步应用于数据中心光通信市场，并有潜力重塑数据中心内部的互连方式，相关厂商如苏州汉骅半导体也已经开始加快布局。作为新的增长动能，Micro LED未来在非显示领域的发展步伐及贡献度将备受关注与期待。

二、Micro-LED光互连系统的核心架构与技术参数 

MicroLED光互连系统以远距离传输、低功耗、低成本和高可靠性重塑AI集群设计，其核心组件构建了完整的光电转换与传输链路： MicroLED光互连系统具有远距离传输、低功耗、低成本和高可靠性等特点，从而解锁全新的AI集群设计。Micro-LED光互连系统主要由发射端（TX）和接收端（RX）两部分组成，构建了完整的光电转换与传输链路，系统的核心架构包括以下关键组件：

·发射端（TX）：电信号驱动MicroLED阵列发光，像素级并行传输

·传输介质：成像型/多模光纤束，通道独立、耦合高效

·接收端（RX）：CMOS兼容光电探测器阵列（Si PD）完成光电转换

·控制芯片：ASIC TX/RX实现编解码、时钟与同步

·形态演进：支持OBO（板外光学）到CPO（共封装光学），靠近芯片、缩短电路径性能与指标

·单像素速率：4–16 Gbps

·聚合带宽：400像素阵列约6.4 Tbps；单链路可扩展至约304通道、3 Tb/s

·微功耗像素：约10 μW/像素在425 nm实现10 Gb/s（并行阵列方式）

·探测器特性：响应度约0.17 A/W，像素面积约225 μm

技术指标层面，400像素阵列可实现6.4 Tbps聚合带宽，单链路扩展至304通道时达3 Tb/s，单像素仅10 μW驱动功率（425 nm波长下10 Gb/s速率），功耗较传统电互连降低一个量级以上。 

三、MicroLED光互连颠覆传统的六大核心优势：从“激光依赖”到“CMOS亲和” 

相较于传统激光光源，MicroLED光互连技术构建了差异化竞争力，尤其是在构建高性能、高能效的AI和数据中心网络方面。传统光通讯都是使用激光器作为光源，能耗大，成本高。 

MicroLED的阵列，作为光通讯新的光源。用在芯片对芯片之前的通讯和数据传输，能耗是传统激光光源的10分之一，且大幅提升数据有效传输距离和传输速率。其六大核心优势如下：

1、低功耗：约1 pJ/bit，较传统电互连（10–100 pJ/bit）显著降低能耗

2、适配数据中心短距：覆盖机柜内与跨服务器约20米互连

3、并行传输：采用多达512个GaN基蓝光MicroLED的阵列发射器，通过多芯成像光纤实现通道独立传输；单像素约10 μW驱动功率，在425 nm处可达10 Gb/s

4、去激光化：无激光器设计, 规避激光器的温控、隔离器、端面镀膜等复杂度，系统复杂度显著下降70%。

5、CMOS亲和：光电探测器阵列可直接与芯片表面键合，示例响应度约0.17 A/W、像素面积约225 μm?

6、模块化扩展：单链路可扩展至约304通道，总带宽约3 Tb/s；“显示—摄像”式工作原理利于百万像素级长期演进

四、Micro-LED光互连的关键制造工艺与挑战：

MicroLED光互连的规模化应用依赖三大工艺创新：

1、混合键合技术：实现MicroLED阵列与CMOS逻辑芯片的无缝集成，缩短电连接路径，降低互连损耗与封装复杂度； 

2、材料光谱匹配：425 nm蓝光MicroLED与硅基探测器（Si PD）的敏感波段高度契合，提升光电转换效率与信号完整性； 

3、8英寸硅基GaN技术：硅基 GaN 外延材料是 MicroLED 光通信的 “基石”—— 其性能指标直接决定 MicroLED 芯片的发光效率、调制速率、可靠性及阵列一致性，进而影响光通信系统的带宽、功耗、串扰与量产可行性。

苏州汉骅半导体作为国内首条集合了硅基GaN- 8英寸全色系MicroLED外延、器件、3DIC混合集成的产线，已于2024年完成通线。目前已经发布了均匀性收敛到±0.5 nm的8英寸GaN硅基外延，可提供超低通道串扰的光通信外延材料，解锁 “Tbps 级低功耗互连”。另外，采用该公司自主研发的混合键合工艺，实现与CMOS逻辑芯片的无缝集成，为MicroLED光互连系统提供了理想的光源全系列全流程解决方案，与产业链下游共同协作推进光通信器件升级。 

五、未来展望：开启数百亿美元数据中心互连新周期 

这场以MicroLED为核心的光互连革命，正在突破“功耗墙”“带宽墙”，为后摩尔时代的AI基础设施提供新的技术坐标。MicroLED光互连以更低能耗、更高并行度与更强工程可实现性，为“Scale Up”架构提供可落地的物理层支撑。随着生态、标准与制造能力的完善，它有望在未来2–5年内加速进入数据中心与AI系统主流，重塑算力基础设施的互连范式，开启面向数百亿美元规模的数据中心互连新周期。

相关信息：

2025年11月11-14日，苏州汉骅半导体有限公司董事长袁义倥将出席“第十一届国际第三代半导体论坛&第二十二届中国国际半导体照明论坛（IFWS&SSLCHINA 2025）”，并将在“2025海上丝绸之路国际产学研用合作会议光电技术与未来显示分会暨Mini/Micro-led技术应用大会”上发表《3DIC 异质集成：超越摩尔极限，开启AI+AR的核心密码》主题演讲。敬请请关注！