microLED技术：从汽车前照灯到数据中心
全新光学互连技术助力数据中心提升带宽、能效与系统可靠性
microLED技术：从汽车前照灯到数据中心
谈及人工智能技术的演进，机器学习、大语言模型的发展成果自然浮现脑海，新一代图形处理单元（GPU）、高带宽内存（HBM）以及芯粒、异质集成等尖端半导体技术同样引人瞩目。
那么汽车前照灯领域又如何呢？
汽车照明技术虽非人工智能创新突破的典型代表，但“自适应远光”前照灯技术已证实：其光学连接方案在可靠性和扩展性方面的优异表现，恰好能够帮助数据中心运营商解决当前面临的网络带宽扩容、能效提升及可靠性增强等核心挑战。
让我们深入解析汽车前照灯与AI数据中心技术的内在关联。
数据传输瓶颈
急剧增长的AI训练与推理需求，正迫使设备制造商大幅提升系统算力。如今，得益于GPU、神经处理单元（NPU）等加速器（统称‘xPU’器件）能高速处理AI数据，计算功能本身不再是瓶颈。xPU设备间、xPU与内存间、乃至机架内服务器间的数据传输速率才是制约因素。
传统铜互连虽具成本优势且易于集成，却存在显著扩展瓶颈：在AI算力系统所需的传输距离（可达30米）下，铜互连需更高传输能耗、更强信号均衡及更复杂的信号调理，部分用于克服电磁干扰（EMI）。这导致铜链路功耗攀升、发热加剧，严重制约设备制造商提升带宽密度（Gbit/s/mm）、系统能效及可靠性的技术攻关。
因此，为提升网络带宽，数据中心转而采用光学互连技术。其技术原型源自互联网骨干网。那些通过数量有限的海底光缆（其铺设维护成本极高且难度巨大）承载洲际流量的企业，已掌握单缆吞吐量最大化技术。当今洲际光传输网络的单通道速率高达1.6Tbit/s。
这种“高速窄带”带宽提升方案追求在每条光通道内极限传输数据。但高频系统存在结构复杂、功耗高、成本昂贵等缺陷。更重要的是，每条链路都是影响全局的单点故障源，严重威胁系统可用性。随着单通道速率与吞吐量的每次提升，实施难度和成本呈指数级增长，“高速窄带”架构的扩展空间已日趋有限。
互联网基础设施因线缆成本高昂，运营商不得不追求单缆数据吞吐最大化。但数据中心不受此限制。
从单通道到数千通道的演进
数据中心领域因此日益关注新方案：与其追求“高速窄带”，不如采用“低速宽带”策略，即用数百乃至数千条低速并行光通道替代单一超高速链路，在采用更简单、廉价、低速组件的同时实现更高总带宽。
此类系统中，数据发射端可采用数百个microLED，替代互联网基础设施中的单一高功率激光源。由于数据通信设备制造商此前从未构建过由数百/数千个microLED发射器组成的并行光通道，“低速宽带”方案在数据中心领域尚属未经验证的技术路径。
“低速宽带”架构的核心能力，在于将数百个光发射器集成至服务器数据处理器与存储组件近端。鉴于AI需求永不停歇，数据中心运营商要求这些微型发射支持全年无休的可靠运行。而数千个microLED组成的芯片级阵列，已在严苛的汽车市场得到验证，这正是汽车前照灯为数据中心设备制造商带来的启示。
艾迈斯欧司朗EVIYOS™自适应远光源中的microLED技术，正是这些能力的集中体现。
图1：EVIYOS产品将microLED阵列与驱动电路集成于紧凑封装
久经验证的微发射器技术
光学互连应用采用与前照灯相同的制造工艺，但存在关键差异：车灯中的microLED采用高密度单片式阵列结构，而数据连接需将microLED进行解键合处理，从制造晶圆上切割分离后贴装至基板，使每个发射器能独立连接光纤或光波导。该基板可后续集成至目标CMOS晶圆。
图2：高速光链路microLED可制造性实现路径
得益于microLED的微型化特性，采用该技术的数通收发器可实现超高带宽密度。艾迈斯欧司朗内部研究证实：在10米全链路中，microLED发射器可实现3.0Gbit/s的单通道速率，且单位比特能耗低于2pJ（皮焦耳），同时满足行业标准规定的低于10⁻¹⁵误码率(BER)要求。
通过以数百条并行连接替代单一超高速链路，AI设备制造商还可获得对数据中心应用极具价值的优势：
- 可靠性 - microLED可在系统中配置多重冗余通道。这意味着单个故障发射器可实现无感失效，并由备用通道自动接替。
- 能效性 – 在“低速宽带”架构中，每个发射器处于相对较低的开关频率（典型值约1GHz），较互联网基础设施的超高频激光发射器显著降低功耗。能耗降低同时减少废热产生，为设备运营商提供更充裕的热预算空间。
- 架构精简性 – “高速窄带”架构要求AI加速器中的并行数据流进行串行化传输与接收后解串行化处理。搭载艾迈斯欧司朗microLED的“低速宽带”架构具有原生并行特性，无需复杂且高成本的串行化解串方案。
携手数据通信产业
艾迈斯欧司朗作为欧洲唯一实现microLED规模化量产的制造商，其生产能力已获市场验证，自2023年起持续向汽车行业批量交付EVIYOS产品。
目前，艾迈斯欧司朗正与数据中心设备制造商展开深度合作，推动该技术在光学互连领域的应用转型，具体包括集成适配高频数据发射器的驱动电路，优化微型封装设计方案以及确保与商用光连接器、线缆及光纤的互操作性。
在此技术开发进程中，制造商可充分借助艾迈斯欧司朗全面的光学系统能力。公司同时具备microLED与光电二极管（光接收器）的量产能力，能够在全集成光学数据传输系统的开发中发挥核心作用。
图3：面向AI数据中心的超高带宽传输方案——集成microLED阵列与光电二极管接收器
基于microLED的光学互连集成概念设计现已完成。如需获取技术细节或探讨与艾迈斯欧司朗的联合开发机遇，欢迎随时与我们联系。