人工智能（AI）數據中心正推動數據網絡領域的變革：光纖正逐步取代銅纜，光路交換機也在替代傳統電子網絡交換機。在技術迭代與市場需求的雙重驅動下，光子學即將成為現代數據中心的基礎架構技術。
注意到上述趨勢的不僅僅是技術人員，金融市場也做出了相應的反應——AI數據中心的組件供應商股價持續走高；聚焦下一代光網絡技術的初創企業獲得大量投資（市值達到數十億美元），這些都是最直觀的佐證。
據麥姆斯咨詢介紹，通過在計算機機架之間以光子而非電子的形式傳輸數據，消除了電流傳輸過程中的功率損耗（焦耳熱）。這可顯著降低AI數據中心30%至40%的電力需求。此外，光波分復用技術可將多個數據流疊加，從而實現人工智能應用所需的海量數據吞吐量。
上述技術的落地應用已有現實案例可循。谷歌（Google）Jupiter系統的實踐表明，采用光路交換機（OCS）動態優化AI數據中心流量，可帶來顯著的性能躍升。若要打造滿足未來需求的AI數據中心基礎設施，就必須以光纖束互聯的光子及光電子系統來替換傳統的銅纜連接的電子交換機及相關組件。
光路交換機通過MEMS微鏡陣列將N個輸入光纖映射到N個輸出光纖
光子-MEMS混合集成技術
光子學需要借助納米級或微米級的位移來實現光束操控，而微機電系統（MEMS）則可通過靜電式或壓電式驅動器，達成高精度的位移控制。全球學術界已對光子-MEMS混合集成技術開展了多年研究。如今，AI數據中心的強勁市場牽引力，正加速這項技術的商業化進程。
自動駕駛汽車、企業級醫療影像分析等其它對數據帶寬要求嚴苛的復雜系統，也將很快間接受益于這一由AI數據中心驅動的、融合了光子學和MEMS的技術。
MEMS主要從兩大領域增強光子器件的性能與功能：一是光子集成回路（PIC）；二是自由空間光學系統。
光子集成回路的耦合、切換與調諧
隨著通信及數據網絡領域的光學系統規模持續擴大、復雜度不斷提升，在光子集成回路中實現高效、快速、高精度的耦合、切換與調諧，變得至關重要。借助MEMS驅動器，可在波導內部產生瞬時機械應變，或對光學元件進行位移操控，從而分別引起折射率或光耦合的變化，最終實現濾波、耦合、相移等各類光路功能。
可調諧功率耦合器與開關
可調諧移相器
此前有一種傳統的方案——利用熱光材料特性，通過加熱產生局部調控，但該方案存在諸多固有缺陷。雖然可行，但其不僅功耗偏高（毫瓦級），響應速度也十分遲緩（毫秒級），更關鍵的是，該方案會將多余熱量傳導至周邊的其它元器件。
所幸的是，MEMS靜電式或壓電式驅動器能夠實現與熱式驅動器完全相同的光學調控效果，并且功耗可降到納瓦至微瓦級別，工作頻率更能達到MHz至GHz量級。這種顯著的改進能夠為成排計算機機架的設備節省大量電力。
節省空間也是一項關鍵優勢。MEMS驅動器可直接制作于光子結構的相鄰位置或頂層（即單片集成），憑借這一緊湊布局，能夠實現數千個光子元件在光子集成回路中的高密度集成。事實上，以鋯鈦酸鉛（PZT）為代表的薄膜壓電材料，以及鈮酸鉀鈉（KNN）等新興無鉛薄膜材料，能夠在很小的體積內實現高驅動力，并可在GHz頻率下進行聲光調制。這并非純理論推演——相關技術可行性已得到學術界研究的驗證。
MEMS壓電式驅動器（圖中黃色與綠色組合部分）與光子集成回路混合集成后可實現的各種功能
光束操控與多路復用技術
自由空間光學系統，例如數據中心光交換設備和車載激光雷達（LiDAR），亟需具備高速、低功耗光束操控能力的核心組件。在過去二十年間，盡管MEMS微鏡主要用于視覺顯示領域，但其技術價值在現代光學系統中仍具有不可替代的重要地位。
MEMS微鏡能夠實現微秒級響應速度、大光學孔徑，以及可擴展的量產能力。MEMS微鏡可采用靜電驅動、壓電驅動等方式，并依托MEMS技術實現微鏡陣列參數的高度靈活定制，例如鏡面直徑、鏡面形狀（如圓形和橢圓形）、掃描角度、切換速率、行列排布等多個維度。這意味著MEMS微鏡為打造高度優化的自由空間光學解決方案，提供了極為廣闊的設計空間。
光子-MEMS混合集成技術已準備就緒
從制造角度來看，下一代光學系統利用MEMS與光子器件更深層次的集成技術，如今已具備切實的可行性。
硅光子-MEMS的代表性實例展示
目前，MEMS與光子器件可分別由專業代工廠基于200毫米（8英寸）晶圓完成大規模制造。鑒于這兩類技術在工藝方面存在共通性，下一步即可實現制造環節的整合，以滿足AI數據中心的規模化應用需求。
通過將比利時Imec的iSiPP50G代工平臺與瑞士洛桑聯邦理工學院微納技術中心的MEMS工藝相結合而制成的光子-MEMS器件。
光子-MEMS器件并非意味著需要建造新的代工廠，只需增加少量設備，光子晶圓代工廠即可拓展MEMS 工藝能力，反之亦然。眾多晶圓代工廠正通過實踐印證這種制造整合模式的可行性。比利時微電子研究中心（Imec）、法國原子能委員會電子與信息技術實驗室（CEA-Leti）等科研機構，以及 SkyWater、X-Fab、格芯（GlobalFoundries）等商業量產代工廠，都已取得了成功。未來數年，持續旺盛的市場需求，將推動更多晶圓代工廠布局可擴展的集成式MEMS與光子器件制造模式。
經年積累的學術研究積淀、成熟的MEMS技術體系、可擴展的光子-MEMS混合集成制造工藝，再疊加AI數據中心領域的強勁市場需求，多重利好因素正匯聚發力，催生一波令人矚目的全新產品（集成式光子-MEMS器件）發展浪潮。
精準位移控制與光子技術的融合，正為數據中心、激光雷達（LiDAR）、光子計算及眾多前沿高端應用，量身打造全新的高性能集成解決方案。
延伸閱讀：
《MEMS產業現狀-2025版》
《壓電MEMS技術及市場-2025版》
《德州儀器汽車級MEMS數字微鏡器件DLP5531產品分析》
《壓電MEMS傳感器和執行器對比分析-2025版》
《硅光子及集成光路（PIC）技術及市場-2025版》
《光電共封裝（CPO）技術及市場-2026版》
