光學及硅光子仿真推動汽車行業的技術發展

  筆者有幸參加了2022年由美國光學學會(Optica)和車載光學聯盟(COBO)聯合舉辦的峰會，主題是共封裝光學(CPO, co-packaged optics)和可插拔光學。本次會議重點介紹了超大規模云提供商(如谷歌、微軟和Meta)所需的光學技術，旨在支持數據中心不斷增長的帶寬和性能需求。

  現場聆聽行業專家討論CPO與可插拔光學的優勢是非常有趣的。CPO在最大限度降低功耗(新一代數據中心的關鍵需求)方面具有強大的優勢，而可插拔光學是一種久經驗證的技術，并且仍有進步空間。實際上，在為數不多的一些情況下，許多公司在開發可插拔光學解決方案時采用的技術與其CPO解決方案相同。

  會議期間分享了一個有趣的假設，至少在近期CPO可能會在新興技術領域找到更多機會，而非數據中心。這是因為CPO在其他應用實現商業化之前，超大規模云提供商可能不愿投資于共封裝光學所需的研發，而適合CPO的應用之一是汽車激光雷達。

  許多人認為，激光雷達系統對于自動駕駛汽車從當前的自動化水平(L2級以上，高級部分自動化)發展到預期的L4級(高度自動化)和L5級(完全自動化)至關重要。雖然激光雷達的能力已在市場上被成功證明，但在縮小激光雷達系統的尺寸，降低成本的同時提高性能、可靠性與安全性方面仍存在挑戰。業內已經采用固態技術作為應對這些挑戰的第一步，但越來越多的長期解決方案傾向于使用硅光子技術和共封裝光學。其中一個例子是英特爾旗下自動駕駛子公司Mobileye，該公司將使用光子集成電路(PIC, photonic integrated circuits)為新一代激光雷達傳感器提供動力，并預計在2025年之前將這些傳感器部署完成。其他激光雷達公司如果還沒有采取這樣的措施，預計也很快就會開始行動。

  行業逐漸意識到，對激光雷達的定位即將從“前景和可能性”轉向“全面生產和部署”，但仍然存在一些技術挑戰需要克服，仿真是了解這些挑戰并尋找其解決方案的關鍵。最近，我與TKL Engineering的Thomas Kümpfel以及Ansys Optics的產品負責人Julien Muller和James Pond共同主持了一個圓桌會議。在此期間，我們討論了汽車行業近期的創新技術以及仿真在推動這些創新技術方面發揮的作用。激光雷達系統的微型化是幾個熱門話題之一，同時我們一致認為，從PIC級到系統級為這些系統建模的能力對于工程師創建魯棒性和可擴展設計至關重要。如今我們已得益于此類仿真功能，這也是整個汽車行業對自動駕駛汽車的未來持樂觀態度的眾多原因之一。

  隨著我們逐步邁向完全自動駕駛，“互聯性”是其關鍵要素之一，即道路上的每輛汽車都需要了解其他車輛的情況。這種實時通信網絡將需要構建云端高帶寬基礎架構，而這些需要高性能數據中心為其提供支持。因此，即使對于新興的自動駕駛技術，集成光子學和CPO在數據中心的作用也是至關重要的。

  我們正處于光學行業高速發展時期，重大變革可能將發生，以推動包括汽車在內的各類市場的新一代技術進步。我很榮幸能夠加入到這次創新之旅，并且迫不及待地想要見證之后的發展。

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

  作者：Sanjay Gangadhara | Ansys 光學高級項目總監