光学及硅光子仿真推动汽车行业的技术发展

光学与光子学产业洞察：汽车领域关键技术和创新趋势


超大规模云技术驱动的光学革新

2022年举办的主题为"CPO与可插拔光学"的行业峰会上，讨论了旨在支持数据中心不断增长的带宽与性能需求的关键光学技术。该峰会由美国光学学会（Optica）与车载光学联盟（COBO）联合主办，我们特别关注了超大规模云提供商（如谷歌、微软、Meta等）对光学技术的需求。为实现新一代数据中心的高效能与低功耗目标，业界一致认为共封装光学（CPO）和可插拔光学技术发挥着重要作用。




CPO与可插拔光学：功率与规模的黄金平衡

CPO技术通过对激光器、调制器、串行器、以及信号处理组件的集成封装，显著降低了能效和功耗，这对数据中心这一核心领域至关重要。可插拔光学技术作为成熟解决方案，持续探索新的性能提升空间。值得注意的是，多个工业领域在开发可插拔光学方案时，已采用与CPO解决方案相同或类似的技术路径。

激光雷达：CPO的新兴应用

在探讨未来的商业机会时，会议提出假设，短期内CPO技术在实现成本效益的同时，可能在汽车行业找到更多用武之地，尤其是激光雷达领域。当前，激光雷达系统对于自动驾驶汽车的高级自动化能力至关重要。激光雷达能够验证汽车由L2级（部分自动化）向L4级（高度自动化）和L5级（完全自动化）发展中的能力。然而，要在缩小尺寸、降低成本的同时不牺牲性能、可靠性和安全性方面仍面临挑战。

激光雷达技术的创新路径

针对上述挑战，固态技术作为初试鸟枪替代方案获得了支持，但更长远地考虑，硅光子技术和共封装光学成为了备选方案的核心。思科Calix、Arctic Perspective、英特尔与Mobileye联合开发的项目便是运用光子集成电路（PIC）实现下一代激光雷达传感器的典型案例，计划于2025年前完成部署。其他激光雷达制造商也已或即将采取类似转型策略。

仿真角色：汽车创新的关键驱动力

行业逐渐把握激光雷达产业从愿景至全面实施的过程。面对技术挑战，仿真技术揭示了可能的解决方案，促进了创新技术的发展与执行。最近，我与TKL Engineering的Thomas Kümpfel及Ansys Optics的产品负责团队共同主持了圆桌会议，聚焦汽车领域近期的技术革新及仿真在驱动其进步中的作用。话题中，小型化激光雷达系统成为亮点，而从光子集成组件级构建至系统级模型的能力成为构建稳健和可扩展设计的关键基础设施。

集成光子学与CPO在汽车的引领角色

当汽车成为“智能互联”的中心节点时，提供实时信息交换网络的云平台成为支撑自动驾驶技术发展的基础。在此背景下，集成光子学与CPO技术的融合对高性能数据中心构建具有重要意义，无论是在网络基础设施、数据存储还是计算性能提升层面。

Ansys仿真解决方案：驱动未来交通革命

Ansys Optics和Lumerical均提供一套先进仿真工具与解决方案，助自助设计师在光学系统设计中实现精准概念验证，进而优化产品的光学性能。这些工具不仅助力理解现实世界光学系统的行为，而且还减少了物理原型制作成本，加速产品投放市场的时间，成为汽车领域探索自动驾驶未来的有力助手。

> 结论

随着汽车行业的不断变革与发展，从激光雷达技术的集成应用到云端基础设施的搭建，集成光子学与CPO正成为推动汽车领域新一代技术进步的关键驱动力。作为这场创新之旅的参与者，我感到无比激动并期待见证未来发展的无限可能。

Ansys的仿真能力：

Ansys Optics：专门针对系统光学性能的仿真技术，模拟照明效果，预测和验证光照及材料变化对观感和感知质量的影响，确保产品设计的最优表现。

Ansys Lumerical：提供完整光子学仿真与分析工具套件，从组件级至系统级的全链条仿真，高效优化设计，节约原型制作成本，缩短产品上市时间。

Ansys生态系统：作为数字化转型的引擎，Ansys提供了新一代仿真工具与全面智能工程解决方案，加速推动交通运输领域创新进程，带来更智能、高效、环保的未来交通体验。

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