光學(xué)及硅光子仿真推動(dòng)汽車行業(yè)的技術(shù)發(fā)展

  筆者有幸參加了2022年由美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)(Optica)和車載光學(xué)聯(lián)盟(COBO)聯(lián)合舉辦的峰會(huì)，主題是共封裝光學(xué)(CPO, co-packaged optics)和可插拔光學(xué)。本次會(huì)議重點(diǎn)介紹了超大規(guī)模云提供商(如谷歌、微軟和Meta)所需的光學(xué)技術(shù)，旨在支持?jǐn)?shù)據(jù)中心不斷增長(zhǎng)的帶寬和性能需求。

  現(xiàn)場(chǎng)聆聽行業(yè)專家討論CPO與可插拔光學(xué)的優(yōu)勢(shì)是非常有趣的。CPO在最大限度降低功耗(新一代數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵需求)方面具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，而可插拔光學(xué)是一種久經(jīng)驗(yàn)證的技術(shù)，并且仍有進(jìn)步空間。實(shí)際上，在為數(shù)不多的一些情況下，許多公司在開發(fā)可插拔光學(xué)解決方案時(shí)采用的技術(shù)與其CPO解決方案相同。

  會(huì)議期間分享了一個(gè)有趣的假設(shè)，至少在近期CPO可能會(huì)在新興技術(shù)領(lǐng)域找到更多機(jī)會(huì)，而非數(shù)據(jù)中心。這是因?yàn)镃PO在其他應(yīng)用實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之前，超大規(guī)模云提供商可能不愿投資于共封裝光學(xué)所需的研發(fā)，而適合CPO的應(yīng)用之一是汽車激光雷達(dá)。

  許多人認(rèn)為，激光雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車從當(dāng)前的自動(dòng)化水平(L2級(jí)以上，高級(jí)部分自動(dòng)化)發(fā)展到預(yù)期的L4級(jí)(高度自動(dòng)化)和L5級(jí)(完全自動(dòng)化)至關(guān)重要。雖然激光雷達(dá)的能力已在市場(chǎng)上被成功證明，但在縮小激光雷達(dá)系統(tǒng)的尺寸，降低成本的同時(shí)提高性能、可靠性與安全性方面仍存在挑戰(zhàn)。業(yè)內(nèi)已經(jīng)采用固態(tài)技術(shù)作為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的第一步，但越來越多的長(zhǎng)期解決方案傾向于使用硅光子技術(shù)和共封裝光學(xué)。其中一個(gè)例子是英特爾旗下自動(dòng)駕駛子公司Mobileye，該公司將使用光子集成電路(PIC, photonic integrated circuits)為新一代激光雷達(dá)傳感器提供動(dòng)力，并預(yù)計(jì)在2025年之前將這些傳感器部署完成。其他激光雷達(dá)公司如果還沒有采取這樣的措施，預(yù)計(jì)也很快就會(huì)開始行動(dòng)。

  行業(yè)逐漸意識(shí)到，對(duì)激光雷達(dá)的定位即將從“前景和可能性”轉(zhuǎn)向“全面生產(chǎn)和部署”，但仍然存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)需要克服，仿真是了解這些挑戰(zhàn)并尋找其解決方案的關(guān)鍵。最近，我與TKL Engineering的Thomas Kümpfel以及Ansys Optics的產(chǎn)品負(fù)責(zé)人Julien Muller和James Pond共同主持了一個(gè)圓桌會(huì)議。在此期間，我們討論了汽車行業(yè)近期的創(chuàng)新技術(shù)以及仿真在推動(dòng)這些創(chuàng)新技術(shù)方面發(fā)揮的作用。激光雷達(dá)系統(tǒng)的微型化是幾個(gè)熱門話題之一，同時(shí)我們一致認(rèn)為，從PIC級(jí)到系統(tǒng)級(jí)為這些系統(tǒng)建模的能力對(duì)于工程師創(chuàng)建魯棒性和可擴(kuò)展設(shè)計(jì)至關(guān)重要。如今我們已得益于此類仿真功能，這也是整個(gè)汽車行業(yè)對(duì)自動(dòng)駕駛汽車的未來持樂觀態(tài)度的眾多原因之一。

  隨著我們逐步邁向完全自動(dòng)駕駛，“互聯(lián)性”是其關(guān)鍵要素之一，即道路上的每輛汽車都需要了解其他車輛的情況。這種實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)將需要構(gòu)建云端高帶寬基礎(chǔ)架構(gòu)，而這些需要高性能數(shù)據(jù)中心為其提供支持。因此，即使對(duì)于新興的自動(dòng)駕駛技術(shù)，集成光子學(xué)和CPO在數(shù)據(jù)中心的作用也是至關(guān)重要的。

  我們正處于光學(xué)行業(yè)高速發(fā)展時(shí)期，重大變革可能將發(fā)生，以推動(dòng)包括汽車在內(nèi)的各類市場(chǎng)的新一代技術(shù)進(jìn)步。我很榮幸能夠加入到這次創(chuàng)新之旅，并且迫不及待地想要見證之后的發(fā)展。

  本文原刊登于Ansys Blog：《Optics & Photonics Industry Insights: Automotive》

  作者：Sanjay Gangadhara | Ansys 光學(xué)高級(jí)項(xiàng)目總監(jiān)