硅光子點亮光通訊未來

  ICCSZ訊 因新型冠狀病毒(COVID-19)疫情升溫，全球大型活動紛紛取消或延期。但2020年光纖通訊博覽會暨研討會(OFC 2020)不畏疫情嚴(yán)峻仍如期于加州圣地亞哥舉行，探索光通訊、5G創(chuàng)新以及先進封裝的未來。

  根據(jù)Dell'Oro Group的報告，2019年光傳輸產(chǎn)業(yè)已取得了6%的成長。隨著5G和數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)設(shè)施加速布建，光傳輸網(wǎng)絡(luò)容量升級需求放量，可望進一步帶動光組件、光模塊與光纖等光通訊在未來幾年的快速成長。

  Infinera Corp.創(chuàng)辦人兼創(chuàng)新長David Welch在專題演講中指出：“光傳輸網(wǎng)絡(luò)對于全球連接和全球通訊至關(guān)重要，它確實改變了我們的社會和世界。最終，生活將成為人與人之間的互動。我們可能選擇使用機器來促進更好的人與人之間互連，而這將會是光網(wǎng)絡(luò)的最大貢獻：擴展人與人之間的互連網(wǎng)絡(luò)?！?

  同時，英國南安普敦大學(xué)(University of Southampton)光電研究中心主任David Payne在演講中問道：“二氧化硅是否有機會成為未來的光材料?”他討論了光子組件的機會以及亟需了解光子學(xué)正處于變革的關(guān)鍵時刻。他并探索光子研究的下一步機會以及可以利用光子的市場(例如光達)等問題——光達(LiDAR)對于無人駕駛車、數(shù)據(jù)儲存和光學(xué)數(shù)據(jù)中心的持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

  Payne說：“材料在光子學(xué)中非常重要，例如最新的二氧化硅低損耗光纖，現(xiàn)在我們雖然擁有廣泛的材料，但挑戰(zhàn)之處在于如何以經(jīng)濟有效的方式將他們整合在一起?！盤ayne認(rèn)為，光損耗方面的進展進一步整合量子應(yīng)用，正是OFC社群未來可以著墨之處。

  共同封裝光組件(CPO)技術(shù)崛起

  Dell'Oro Group資深總監(jiān)Sameh Boujelbene表示，更快速的SerDes技術(shù)和光組件將支持800Gbps、400Gbps以及100Gbps的新一波發(fā)展。而隨著網(wǎng)絡(luò)速度提高至800Gbps以上，可插拔光組件將遭遇密度和功率問題，“共同封裝光組件”(Co-Packaged Optics;CPO)成為業(yè)界亟需的替代封裝方案。由于產(chǎn)業(yè)鏈需要新的業(yè)務(wù)和可維護性模型，Boujelbene預(yù)計，這一過渡期將為供應(yīng)鏈帶來重大顛覆與變化。

  另一方面，隨著當(dāng)今分布式Ethernet交換機IC和光模塊架構(gòu)已無法提供支持?jǐn)?shù)據(jù)中心未來成長所需的可擴展性，OFC 2020大會的重要主題之一就在于探討如何利用可擴展容量的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，同時維持總功耗和占用空間，以因應(yīng)數(shù)據(jù)中心流量空前成長的需求。

  因此，“共同封裝”(co-packaging)光組件和Ethernet交換機IC自然成為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中降低電氣I/O功耗負(fù)擔(dān)的下一步。在25.6Tbps和51.2Tbps的交換機配置中，Ethernet交換機IC串行解串器(SerDes)從50Gbps過渡到100Gbps，成為Ethernet交換機系統(tǒng)架構(gòu)的獨特轉(zhuǎn)折點。

  針對高性能Ethernet的最新進展，包括英特爾(Intel)以及業(yè)界多家公司都展示了最新的800G技術(shù)。此外，加拿大高速光組件供貨商Ranovus在會中宣布與IBM、TE Connectivity和Senko Advanced Components等公司策略合作，在其最新Odin硅光子引擎基礎(chǔ)上，針對數(shù)據(jù)中心Co-Packaged光學(xué)應(yīng)用，共同打造設(shè)計與制造多供貨商方案的生態(tài)系統(tǒng)。Rockley Photonics則連手Accton、Molex、TE Connectivity和其他產(chǎn)業(yè)伙伴開發(fā)25.6T OptoASIC交換機系統(tǒng)，該系統(tǒng)并共同封裝Rockley LightDriver光引擎以及銅纜附加400G光纖模塊。

  容量更高2倍?

  據(jù)Ranovus表示，其Odin平臺共同封裝光交換機的途徑，可提供較英特爾方案更高2倍的容量。Odin 100Gbps硅光子引擎可在單芯片中從800Gbps擴展到3.2bps，并結(jié)合該公司的多波長量子點雷射(QDL)、基于100Gbps硅光子的微環(huán)諧振調(diào)變器和光偵測器、100Gbps驅(qū)動器、100Gbps轉(zhuǎn)阻放大器(TIA)以及擁有tier-1封裝生態(tài)系統(tǒng)支持的各種控制IC。該公司表示，相較于現(xiàn)有解決方案，Odin平臺的功耗更低50%，成本更少75%。

  圖1：Odin 100Gbps硅光子引擎能以單芯片從800Gbps擴展到3.2Tbps，支持模塊以及共同封裝光組件方案。(來源：Ranovus) 

    Ranovus與IBM、TE和Senko的合作，利用IBM的光纖V型槽互連封裝技術(shù)，實現(xiàn)光纖與硅光子組件的連接。其制程利用被動對準(zhǔn)技術(shù)，可在O波段到C波段寬光譜范圍內(nèi)實現(xiàn)低插入損耗。該解決方案的實體信道數(shù)可擴展，其自動化流程并可大規(guī)模生產(chǎn)共同封裝光組件。

  TE的共同封裝(CP)高精度插槽中介層技術(shù)，可將小型芯片組和光引擎組件技術(shù)整合至支持可重新工作和可互通接口的高價值共同封裝光組件組裝。CP高精度插槽中介層的訊號完整性性能對于100 Gbps高密度電氣封裝要求至關(guān)重要。TE的熱橋接技術(shù)整合提供了一種創(chuàng)新解決方案，從而為交換機、SerDes和光組件的熱管理提供了高可靠性和長使用壽命的解決方案。

  Senko光纖連接解決方案提供光耦合、板載/板間和面板，以支持100Gbps/通道和共同封裝光設(shè)備設(shè)計，包括小型且高精密的光耦合組裝、微型板載/板間連接器、兼容回流焊的連接器組裝，以及節(jié)省空間的面板連接器選項。

  可擴展至51.2T的硅光子
  Rockley Photonics在OFC 2020展示其25.6Tbps光學(xué)封裝平臺。該公司宣布與Accton、Molex、TE Connectivity以及其他業(yè)界伙伴合作，開發(fā)25.6T OptoASIC交換系統(tǒng)，并共同封裝Rockley LightDriver光學(xué)引擎和銅纜連接400G模塊。
  圖2：25.6TB/s的數(shù)據(jù)中心交換機共同封裝Rockley LightDriver引擎和400 Gigabit/s模塊。(來源：Rockley Photonics)

     該光引擎采用Rockley的硅光子平臺開發(fā)，實現(xiàn)電子和光組件的3D整合。相較于采用收發(fā)器的光組件，它聲稱可節(jié)省40%的功率以及60%的成本，同時，該技術(shù)可從0.8T擴展到3.2T，讓Rockley可以使用100G PAM4訊令傳輸，滿足25.6T到51.2T的系統(tǒng)解決方案。

  Rockley Photonics執(zhí)行長Andrew Rickman表示，實現(xiàn)共同封裝光組件技術(shù)，還需要一個強大的協(xié)作生態(tài)系統(tǒng)。Rockley、Acton、Molex以及TE之間的策略合作，可望提供高性能并具成本效益的光組件，成為超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心連接的重要基礎(chǔ)。

  數(shù)據(jù)中心開放硬件平臺設(shè)計業(yè)者Accton也與多家公司合作，在OFC2020上展示25.6T共同封裝的OptoASIC交換機系統(tǒng)。該交換機系統(tǒng)透過TE高精度CP插座技術(shù)整合了800G光引擎，同時透過可插電接口兼容于傳統(tǒng)的400G FR4 QSFP-DD模塊。該交換機系統(tǒng)結(jié)合了Molex BiPass/TGA，以及Samtec Si-Fly銅纜解決方案。Accton已將MAC ASIC、光引擎以及銅連接器整合于Kyocera的基板，并透過TE Connectivity的XLA插槽連接。此外，該交換器展示平臺還搭載了Vicor的垂直功率GCM組件。

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