介紹

這本入門書解釋了光通信的基本概念、硅光子學(xué)的發(fā)展、行業(yè)如何朝著將光學(xué)器件與 ASIC 集成到聯(lián)合封裝解決方案中的方向發(fā)展，以及未來......

光通信

二十年前部署網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)/路由器時(shí)，主要使用銅纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但銅電纜受電子速度的限制，大多適用于較低的速率。隨著數(shù)據(jù)速率的增加，這些電纜的覆蓋范圍會(huì)減小，100Gbps 以太網(wǎng)鏈路的覆蓋范圍不到 3m。銅纜主要適用于連接機(jī)架內(nèi)的端口（如主機(jī)服務(wù)器和 TOR 交換機(jī)之間的連接）。

當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（高性能交換機(jī)、路由器和智能網(wǎng)卡）支持大于 400Gbps 的鏈路，這些設(shè)備的帶寬幾乎每 2-3 年翻一番。光纖電纜已大多取代了銅纜，用于通過這些高速鏈路傳輸數(shù)據(jù)。這些電纜使用光而不是電流來傳輸信息。它們由細(xì)小的玻璃絲制成，每根玻璃絲的大小與人類的頭發(fā)差不多。它們以光脈沖（紅外光束）的形式以達(dá)到光速的速度傳輸數(shù)據(jù)。光纖電纜具有出色的覆蓋范圍（遠(yuǎn)程光學(xué)器件支持高達(dá) 80km-120km 的范圍）。它們更可靠，因?yàn)樗鼈兪褂萌珒?nèi)反射來傳輸光脈沖，并且不受電磁推斷的影響。纖維也更能抵抗溫度變化，可以承受更大的壓力等。正因?yàn)槿绱耍饫|是高速網(wǎng)絡(luò)鏈路的不二之選。

可插拔光收發(fā)器（可插拔模塊）

光纜依靠兩端的光收發(fā)器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光脈沖，以便通過光纜傳輸，并將光脈沖轉(zhuǎn)換回接收側(cè)的電信號(hào)。這些收發(fā)器是光纖鏈路性能的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。這些通常是插入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備前面板的可插拔模塊。收發(fā)器依靠光學(xué)元件來操縱光，通過光纖鏈路傳輸數(shù)據(jù)。收發(fā)器中的典型組件如下：

傳輸（電氣到光纖）

輸入緩沖器（或重定時(shí)器）通過電氣互連接收來自網(wǎng)絡(luò)芯片的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）轉(zhuǎn)換為電壓。驅(qū)動(dòng)器放大電壓并將其發(fā)送到相干調(diào)制器。激光器通常位于透射光學(xué)組件或 TOSA 內(nèi)部并發(fā)射紅外光束。調(diào)制器根據(jù)其調(diào)制的輸入電壓調(diào)制激光器發(fā)出的光。這種模塊化的光被光放大器放大（并與其他通道多路復(fù)用），并通過耦合接口發(fā)送到光纖陣列。

接收（光到電）：

它通常包含解復(fù)用器、利用光電效應(yīng)將光束轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電二極管，以及將光電二極管電流轉(zhuǎn)換為電壓的放大器。之后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過輸出緩沖器（重定時(shí)器）發(fā)送到電氣接口。

這是對(duì)收發(fā)器的非常高級(jí)和過于簡化的描述。該系統(tǒng)可以包含更多的放大器和額外的降噪電氣/模擬元件。傳統(tǒng)收發(fā)器中的許多模擬和數(shù)字元件都作為分立元件排列在PCB上，激光器和光電二極管位于其外殼的外部。

可插拔光學(xué)器件的優(yōu)缺點(diǎn)

在通過以太網(wǎng)接口接收數(shù)據(jù)的典型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，您將看到一個(gè)帶有用于可插拔光收發(fā)器的籠子或插槽的前面板。系統(tǒng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)芯片通過電路板上的電氣互連（PCB走線）連接到可插拔光學(xué)器件。通常，芯片內(nèi)的高速服務(wù)器將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)到這些互連器。這些互連器在電氣域中傳輸數(shù)據(jù)，并且通常在PCB上具有中繼器模塊，以在信號(hào)到達(dá)光收發(fā)器之前提高信號(hào)強(qiáng)度。

通過可插拔接口將光收發(fā)器與網(wǎng)絡(luò)芯片解耦具有許多優(yōu)點(diǎn)。它使構(gòu)建交換機(jī)無需擔(dān)心將連接到每個(gè)端口的光學(xué)器件類型（速度、范圍）。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可以根據(jù)需要靈活地將不同的電纜連接到交換機(jī)的不同端口。

多源協(xié)議 （MSA） 的出現(xiàn)使這些可插拔光收發(fā)器的可互操作實(shí)現(xiàn)成為可能，并創(chuàng)建了一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，每種類型的模塊都有許多供應(yīng)商。因此，避免了單一來源的依賴并降低了成本。可插拔光學(xué)器件還支持增量部署（“隨增長付費(fèi)”），其中一部分端口最初保持未填充狀態(tài)，并根據(jù)需要購買和安裝額外的光學(xué)器件。此外，由于模塊可以從前面板訪問，因此可以相對(duì)容易地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修和升級(jí)。

然而，隨著這些光學(xué)接口速度的提高，前面板可插拔光學(xué)器件的功耗/成本與它們傳輸數(shù)據(jù)的ASIC相比并沒有增加。收發(fā)器中的無數(shù)組件占用了大量空間。對(duì)于超過 800Gbps 的速度，我們可能需要更大外形尺寸的可插拔光學(xué)器件 （OSFP），這將占用前面板的更多區(qū)域。

將Serdes連接到字體面板光學(xué)模塊的電氣互連通常是高損耗的，并且需要在光學(xué)器件內(nèi)部/板上使用耗電的重定時(shí)器，并在ASIC中使用高功率Serdes（Long Range Serdes），所有這些都會(huì)消耗額外的功率。

在過去的二十年中，高端網(wǎng)絡(luò)芯片的帶寬大約每2-3年翻一番。這樣一來，serdes的速度已經(jīng)從10Gbps（二十年前）上升到當(dāng)前一代的112Gbps（以支持800GE以太網(wǎng)鏈路）。200Gbps serdes 即將到來。不幸的是，以模擬電路為主的serdes在功率或芯片面積上的縮放都沒有晶體管縮放那么多。在更高的速度下，這些 serde 需要具有 PAM4 信號(hào)，這也消耗大量功率。因此，隨著交換機(jī)吞吐量的增加，Serdes消耗的總交換機(jī)功率的百分比會(huì)繼續(xù)增加。

以大于 50Gbps 的速率通過 serdes 傳輸信號(hào)需要前向糾錯(cuò) （FEC） 編碼，這會(huì)增加 ~100ns 的額外延遲。雖然網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序可以容忍這些延遲，但它會(huì)對(duì)在依賴于計(jì)算引擎之間的電氣連接的 HPC 集群上運(yùn)行的分布式計(jì)算應(yīng)用程序的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。與電域相比，光域中的數(shù)據(jù)移動(dòng)在功耗和延遲方面都非常高效。

此外，傳統(tǒng)的光收發(fā)器價(jià)格昂貴。它們的發(fā)射器和接收器子組件必須經(jīng)過精心構(gòu)造和密封以保護(hù)。制造過程緩慢，難以跟上不斷增長的需求。

網(wǎng)絡(luò)以及 HPC 系統(tǒng)可以從低功耗/低成本光收發(fā)器和新設(shè)計(jì)中受益匪淺，這些設(shè)計(jì)可減少 PCB 電氣域中的數(shù)據(jù)移動(dòng)。

光子集成電路（PIC）的演進(jìn)

在光子集成平臺(tái)中，許多用于構(gòu)建收發(fā)器的光學(xué)和電氣元件被封裝在稱為光子集成電路 （PIC） 的高度集成芯片中。將所有組件集成在單個(gè)基板上可以降低收發(fā)器的構(gòu)建成本，并且由于分立光學(xué)組件之間的耦合效應(yīng)較小，因此可以降低功耗。

目前，InP（磷化銦）和Si（硅/CMOS基）是構(gòu)建PIC的兩大主流集成平臺(tái)。

InP 使用基于 InP 的合金實(shí)現(xiàn)所有光學(xué)功能，包括發(fā)光（激光）、透射、調(diào)制和檢測(cè)。硅光子學(xué)使用絕緣體上硅（SOI）晶圓作為半導(dǎo)體襯底材料，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)CMOS制造工藝都可用于構(gòu)建PIC。

在InP光子學(xué)平臺(tái)中，由于成熟的技術(shù)（該平臺(tái)進(jìn)行了數(shù)十年的光子元件開發(fā)）和III-V族材料的優(yōu)越光子特性，激光器、光放大器和調(diào)制器的性能遠(yuǎn)優(yōu)于硅光子學(xué)（SiPh）平臺(tái)中的相應(yīng)組件。

盡管完全集成的基于 InP 的 PIC 具有性能優(yōu)勢(shì)，但大多數(shù)光學(xué)設(shè)備和組件供應(yīng)商都在硅光子學(xué)方面投入巨資。正因?yàn)槿绱耍琒iPh PIC在性能/成本方面正在趕上InP。

選擇硅光子學(xué)的主要原因是，建立磷化銦制造設(shè)施需要專業(yè)知識(shí)和大量的前期投資，該工廠可以提供商業(yè)數(shù)量的基于InP的高性能PIC。對(duì)于沒有基于InP的平臺(tái)經(jīng)驗(yàn)且沒有磷化銦晶圓廠的供應(yīng)商來說，利用CMOS代工廠生態(tài)系統(tǒng)的能力提供了更快、更低投資將光子集成電路推向市場(chǎng)的選擇。此外，現(xiàn)有的 IC 制造工藝提供了尖端光刻技術(shù)、先進(jìn)的自動(dòng)化以及更好地篩選缺陷部件。與InP晶圓（~100mm）相比，CMOS晶圓較大（300mm），這也有助于大批量生產(chǎn)。

典型光子芯片的基本結(jié)構(gòu)是將各種組件連接在一起的低損耗波導(dǎo)。在SiPh PIC中，這些波導(dǎo)由硅芯和二氧化硅/氮化硅（或這些材料的各種組合）包層制成，以形成一種高折射率介質(zhì)，用于在芯片上和各種組件之間傳輸電光信號(hào)。SiPh波導(dǎo)提供了一個(gè)卓越的低損耗平臺(tái)（遠(yuǎn)優(yōu)于InP波導(dǎo)），并實(shí)現(xiàn)了帶寬擴(kuò)展的組件的大規(guī)模集成。

雖然硅光子學(xué)平臺(tái)能夠設(shè)計(jì)出比相應(yīng)InP組件更小尺寸的大多數(shù)光學(xué)元件，但由于硅的物理特性，它無法提供集成的激光器和光放大器。因此，許多使用 SiPh PIC 構(gòu)建的收發(fā)器都具有單獨(dú)的基于 InP 的激光器和摻鉺光纖放大器 （EDFA）。這些通常與 PIC 共同打包。基于 InP 的激光器還可以通過自對(duì)準(zhǔn)倒裝芯片凸塊連接到硅光子芯片上，這些凸塊提供薄型和緊密耦合的芯片到激光器互連。

雖然外部放大器和激光器確實(shí)提供了卓越的性能，但SiPh PIC與PIC外部的激光器/放大器之間的耦合光學(xué)器件可能具有更高的耦合損耗。

人們可能會(huì)爭論是否需要集成激光器。將激光器集成到 PIC 內(nèi)部需要對(duì)整個(gè) PIC 進(jìn)行非常嚴(yán)格的熱控制，否則激光器可能會(huì)失效。盡管如此，最近通過將III-V族（InP）材料結(jié)合在硅襯底上，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的混合激光器和光放大器。這種異構(gòu)集成利用了硅基加工，同時(shí)利用 III-V 族材料進(jìn)行光發(fā)射和放大。但這個(gè)過程復(fù)雜、昂貴，而且只有少數(shù)先進(jìn)的光子代工廠才能商用。

在亞微米級(jí)將光纖連接到PIC也是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要特殊的機(jī)器和生產(chǎn)流程中的其他自定義步驟來驗(yàn)證連接（主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)）。目前正在研究如何使光纖連接器能夠直接連接到PIC內(nèi)部的波導(dǎo)。

因此，隨著對(duì)研發(fā)的大量投資，研究人員正在尋找新的方法來繞過或克服硅光子學(xué)集成中仍然存在的少數(shù)挑戰(zhàn)。

可插拔 SiPh 收發(fā)器

借助硅光子學(xué)，光收發(fā)器內(nèi)部的分立元件可以被單片 PIC 取代，從而在不改變收發(fā)器外形尺寸的情況下獲得功耗、面積和成本優(yōu)勢(shì)。這使得基于硅光子學(xué)的可插拔收發(fā)器能夠無縫集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。即使激光器和光放大器不能與其他組件集成在一起，將剩余的光子、模擬和數(shù)字組件集成到單個(gè)芯片中也具有成本和功耗優(yōu)勢(shì)。

數(shù)據(jù)中心內(nèi)對(duì)低功耗收發(fā)器的需求很高，隨著新的 AI/ML 工作負(fù)載、微服務(wù)和服務(wù)器分解，流量呈指數(shù)級(jí)增長。許多光學(xué)供應(yīng)商正在積極投資 SiPh 收發(fā)器。漫威在收購 InPhi 方面處于領(lǐng)先地位。Marvel 最近發(fā)布了一款 400Gbps QSFP28 外形尺寸的 SiPh 可插拔模塊，范圍為 80-120 公里（ZR 光學(xué)器件）。英特爾和思科是其他一些為數(shù)據(jù)中心范圍（DR 光學(xué)器件）提供 100Gbps/400Gbps 產(chǎn)品的供應(yīng)商。

到 2025 年，硅光子學(xué)市場(chǎng)預(yù)計(jì)將增長到 3-40 億美元，復(fù)合年增長率為 23.4%，數(shù)據(jù)中心和 HPC 應(yīng)用預(yù)計(jì)將以其對(duì)低功耗光收發(fā)器的需求引領(lǐng)市場(chǎng)。

共封裝光學(xué)器件 （CPO） 案例

在典型的單機(jī)架單元 （1RU） 開關(guān)盒中，可以安裝 32-36 個(gè)可插拔光籠，如下圖所示。由于它們的尺寸很大，這些籠子占據(jù)了前面板的大部分，并且進(jìn)入系統(tǒng)的氣流量受到阻礙。800G以上的可插拔模塊可能需要更大的外形尺寸來應(yīng)對(duì)散熱方面的問題。這將進(jìn)一步影響前面板密度。

系統(tǒng)電源的另一個(gè)主要組成部分是由數(shù)據(jù)通過效率低下的電氣介質(zhì)（電路板上的銅走線）從ASIC移動(dòng)到光模塊引起的。

板載光學(xué)器件 （OBO） 和共封裝光學(xué)器件 （CPO） 是減少 ASIC 和光收發(fā)器之間電氣互連的兩種方法，前者可以將光模塊放置在更靠近 ASIC 的 PCB 上，后者可以將光模塊和 ASIC 封裝在一起。一旦光學(xué)器件進(jìn)入系統(tǒng)，前面板密度以及進(jìn)入系統(tǒng)的氣流也將得到改善。

對(duì)于板載光學(xué)器件，盡管將光學(xué)器件從前面板移動(dòng)到 PCB，但開關(guān)和光模塊之間的電通道損耗并不足以顯著降低功耗。但是，這確實(shí)改善了熱環(huán)境，因?yàn)樗泄鈱W(xué)模塊的熱量都沒有集中在前面板上。由于投資回報(bào)率較低，車載光學(xué)器件沒有獲得動(dòng)力。

將光學(xué)器件與ASIC共同封裝，完全消除了ASIC外部電氣域中的數(shù)據(jù)移動(dòng)。有幾種方法可以將網(wǎng)絡(luò)芯片與光學(xué)器件共同封裝。

在基本方法中，網(wǎng)絡(luò)芯片包含與網(wǎng)絡(luò)功能相關(guān)的所有邏輯（交換/路由、以太網(wǎng)接口、serdes），而PIC包含光收發(fā)器邏輯。由于網(wǎng)絡(luò)芯片和PIC在同一封裝基板上彼此非常接近，因此通道插入損耗非常小。因此，可以簡化serdes設(shè)計(jì)以獲得面積/功率優(yōu)勢(shì)。XSR serdes（超短距離 serdes，~50mm 伸展）或 VSR（極短距離 serdes，~200mm 伸展）是一些供應(yīng)商專門為此目的設(shè)計(jì)的。

XSR/VSR serdes和封裝內(nèi)部的極短走線顯著降低了從ASIC到光學(xué)器件的數(shù)據(jù)傳輸所需的功耗。一些供應(yīng)商表示，對(duì)于超過 100Gbps 的 serdes 速率，可節(jié)省 30-50% 的功耗。此外，與LR serdes相比，XSR/VSR服務(wù)器在芯片上占用的面積更少。

隨著聯(lián)合封裝技術(shù)的進(jìn)步，PIC和ASIC芯片可以堆疊在一起的3D集成可以進(jìn)一步減小封裝尺寸和成本。

CPO 挑戰(zhàn)

雖然聯(lián)合封裝已成為高端 ASIC（與 HBM、IO 小芯片等共同封裝的開關(guān)芯片）的主流，但將 ASIC 與光子芯片聯(lián)合封裝存在多重挑戰(zhàn)。

激光集成： 首先，將激光器集成在封裝內(nèi)的熱開關(guān)芯片旁邊需要對(duì)封裝有嚴(yán)格的熱/冷卻要求，否則激光器可能會(huì)失效。制造商通常通過在 PIC 內(nèi)部安裝冗余激光器來彌補(bǔ)這一點(diǎn)，這增加了成本/面積。此外，并非所有供應(yīng)商都集成了激光技術(shù)。一些供應(yīng)商使用外部激光源來解決這個(gè)問題 - 他們將除激光器之外的所有光學(xué)元件封裝在 PIC 中。移除激光器可使封裝更小，并降低冷卻要求。但是，將來自外部激光器的光束帶到封裝內(nèi)部的 PIC 會(huì)帶來挑戰(zhàn)，需要額外的特殊光纖，這會(huì)增加封裝的復(fù)雜性。此外，外部激光源將需要更高的功率來克服從激光器到PIC的路徑中的光損耗，從而降低整體功率效率。

失去靈活性：可插拔光模塊可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)維修，無需拆卸系統(tǒng)即可輕松更換故障模塊。無論是板載光學(xué)器件（需要大量電路板返工）還是集成光學(xué)器件，這都是不可能的，因?yàn)闊o法從封裝中移除 PIC。

但是，SiPh PIC經(jīng)歷了與硅芯片相同的嚴(yán)格設(shè)計(jì)和制造流程。設(shè)計(jì)過程是可重復(fù)的，并且有晶圓級(jí)測(cè)試來淘汰壞骰子。這將 100G 光學(xué)器件的缺陷率降低到 30 dppm 以下，并且 PIC 故障的可能性/現(xiàn)場(chǎng)可更換性需求非常低。

盡管存在一些挑戰(zhàn)，但據(jù)估計(jì)，與ASIC芯片的共同封裝光學(xué)器件可以為~51.2 Tbps的數(shù)據(jù)中心交換機(jī)節(jié)省約30%的功耗。在更高的吞吐量下，節(jié)能效果更好。隨著交換機(jī)> 100Tbps 的變化，聯(lián)合封裝可能是降低系統(tǒng)功耗和提高前面板密度的唯一方法。

CPO解決方案還可以降低系統(tǒng)成本，因?yàn)樗藢?duì)光籠的需求，簡化了前面板設(shè)計(jì)，并且消除了需要單獨(dú)購買的分立收發(fā)器的需求。

混合方法，即交換機(jī)芯片中的一些端口通過電氣接口連接到前面板光模塊，而其他端口直接連接到光纖，這也有助于在不完全消除可插拔模塊提供的靈活性的情況下更順暢地遷移。

共封裝光學(xué)器件的網(wǎng)絡(luò)行業(yè)適配

在過去的幾年里，隨著許多知名公司和初創(chuàng)公司的加入，集成光學(xué)生態(tài)系統(tǒng)得到了擴(kuò)展。隨著數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載和更高帶寬交換機(jī)的爆炸式增長，人們對(duì)這一領(lǐng)域重新產(chǎn)生了興趣。

幾年前，英特爾在共封裝光學(xué)器件中使用其 Tofino2 交換機(jī) （12.8Tbps） 展示了這項(xiàng)技術(shù)。在概念驗(yàn)證演示中，他們通過從Tofino到供應(yīng)商系統(tǒng)中的可插拔光模塊的共同打包光連接，將流量從Tofino交換機(jī)發(fā)送到另一家供應(yīng)商的交換機(jī)。英特爾的 CPO 解決方案具有 51.2Tbps Tofino 交換機(jī)，也正在開發(fā)中。

目前，有幾家初創(chuàng)公司提供光學(xué) IO 小芯片，以實(shí)現(xiàn)與其他芯片的 CPO 集成。Ayar Labs 憑借其 OIO（光纖 I/O）小芯片產(chǎn)品引領(lǐng)了這項(xiàng)工作，該產(chǎn)品能夠提供 2Tbps 帶寬（八個(gè)端口，每個(gè)端口 256Gbps）。OIO芯片將收發(fā)器的所有光學(xué)/電氣元件集成在PIC內(nèi)部，但激光器除外。它們提供了一個(gè)單獨(dú)的激光模塊，可以為共同封裝的光學(xué)器件提供光源。許多光學(xué) IO 供應(yīng)商更喜歡外部安裝的激光源，以解決對(duì)激光可靠性和熱管理的擔(dān)憂。Ranovus是另一家提供具有100Gbps端口的光學(xué)小芯片的初創(chuàng)公司，并可選擇集成激光器。

幾家供應(yīng)商已經(jīng)宣布他們計(jì)劃發(fā)布帶有聯(lián)合封裝光學(xué)器件的芯片。BRCM宣布推出兩款下一代交換平臺(tái)，一個(gè)采用51.2Tbps交換ASIC，另一個(gè)采用25.6Tbps交換ASIC，采用共封裝光學(xué)器件。雖然 25.6Tbps 的 CPO 方法的投資回報(bào)值得懷疑，但 BRCM 可能會(huì)利用它來推進(jìn)該技術(shù)并鼓勵(lì)其客戶盡早適應(yīng)。

思科和 Inphi 宣布合作，以 51.2Tbps 的速度將第一臺(tái) CPO 交換機(jī)推向市場(chǎng)。但是，目前尚不清楚 Marvel 最近收購 InPhi 的合作是否仍在進(jìn)行中。

網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域主要商業(yè)芯片供應(yīng)商的這些公告似乎表明，該行業(yè)正在認(rèn)真對(duì)待這一轉(zhuǎn)變。在標(biāo)準(zhǔn)方面，OIF和COBO已經(jīng)建立了項(xiàng)目，以在CPO標(biāo)準(zhǔn)方面取得進(jìn)展。

人們一致認(rèn)為，CPO 是降低數(shù)據(jù)中心高帶寬交換成本/功耗的必經(jīng)之路。數(shù)據(jù)中心向這些集成光學(xué)交換機(jī)過渡的速度有多快還有待觀察。 這不是過渡是否會(huì)發(fā)生的問題，而是何時(shí)發(fā)生的問題.行業(yè)分析師預(yù)測(cè)，~200Tbps 交換機(jī)芯片的首次全面部署可能會(huì)在 2028 年發(fā)生。我們將不得不拭目以待......

雖然CPO有許多技術(shù)進(jìn)步，但很難取代具有全行業(yè)適應(yīng)性的可插拔光模塊。這些模塊將繼續(xù)滿足CPO在技術(shù)上不可行應(yīng)用的需求，例如長途應(yīng)用（核心/傳輸路由器或數(shù)據(jù)中心邊緣）。在長距離通信中，通常需要大于 40 公里范圍的光學(xué)器件，而使用共封裝光學(xué) IO 很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，因?yàn)樗鼈儗?duì)使用高功率光子元件的面積和功率預(yù)算有嚴(yán)格的限制。

?

硅光子學(xué)/CPO的其他應(yīng)用

使用硅光子學(xué)創(chuàng)建集成光學(xué)器件在網(wǎng)絡(luò)行業(yè)之外也有應(yīng)用。例如，在自動(dòng)駕駛中，LiDAR（光探測(cè)和測(cè)距）用于周圍環(huán)境的 3D 映射。它們通過發(fā)送短激光脈沖并記錄出射光脈沖與來自周圍所有物體的反射光脈沖之間的時(shí)間流逝來做到這一點(diǎn)。這些系統(tǒng)包含許多光學(xué)元件，是硅光子學(xué)集成的良好候選者。英特爾去年推出了SiPh激光雷達(dá)芯片。幾家初創(chuàng)公司正處于激光雷達(dá) PIC 開發(fā)的不同階段。

光學(xué)器件可以集成在 CPU/GPU 封裝中，以便在 HPC 系統(tǒng)中提供更快的互連。通過將光學(xué)器件引入 CPU 和內(nèi)存，可以提高分解和分布式 HPC 系統(tǒng)的性能和能效，以處理更大的 AI/ML 工作負(fù)載。

實(shí)現(xiàn)更廣泛的適應(yīng)

雖然光子學(xué)IC設(shè)計(jì)利用了現(xiàn)有的硅晶圓代工廠生態(tài)系統(tǒng)，其中許多工具、工藝和仿真模型可以在這兩個(gè)流程之間共享，但它仍然是一個(gè)利基領(lǐng)域，尚未被無晶圓廠半導(dǎo)體公司廣泛使用。

為了實(shí)現(xiàn)更廣泛的適應(yīng)，許多 EDA 供應(yīng)商已經(jīng)接受了提供工藝設(shè)計(jì)套件 （PDK） 和協(xié)同設(shè)計(jì)工具的愿景，這些工具允許將電子和光子元件無縫集成到 IC 中。最近，Synopsys 和瞻博網(wǎng)絡(luò)攜手合作，提供集成激光器、光放大器和一整套光子組件，這些組件可通過 PDK 訪問。晶圓代工廠和EDA供應(yīng)商不斷推動(dòng)設(shè)計(jì)和制造的廣泛普及，將引發(fā)該領(lǐng)域的更多創(chuàng)新。

總結(jié)

CPO 將看到更廣泛的行業(yè)適應(yīng) 很快真正，數(shù)據(jù)中心處于領(lǐng)先地位，交換機(jī)/智能網(wǎng)卡以及 CPU/GPU 可以與光學(xué)器件共同封裝，以實(shí)現(xiàn)高性能/低功耗互連，從而節(jié)省大量成本。

一旦SiPh收發(fā)器和集成光學(xué)器件達(dá)到這些應(yīng)用所需的范圍，其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（核心/傳輸路由、長途通信）將緊隨其后。

隨著EDA供應(yīng)商提供先進(jìn)的PDK產(chǎn)品以及光學(xué)IO接口的標(biāo)準(zhǔn)化，將有更多供應(yīng)商為光互連和其他光學(xué)功能（傳感器、LiDAR等）提供SiPh PIC解決方案，這將加速該技術(shù)在多個(gè)行業(yè)的應(yīng)用。

ADOP公司，全稱為前沿光學(xué)科技有限公司（Advanced Optical Networking, ADOP），是一家專注于AI光交換設(shè)備和配件領(lǐng)域的供應(yīng)商。他們利用InfiniBand和RoCE（RDMA over Converged Ethernet）架構(gòu)，為全球客戶提供成熟、可靠、高效的光互聯(lián)產(chǎn)品和解決方案。ADOP的使命是通過創(chuàng)新技術(shù)，加速數(shù)據(jù)中心的性能，支持高性能計(jì)算（HPC）、人工智能（AI）、機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）和大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)應(yīng)用。

公司成立于2013年，在2020年實(shí)現(xiàn)了品牌的全球部署，并在多個(gè)國家和地區(qū)成功運(yùn)營。ADOP擁有一系列的國際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，包括ISO 9001質(zhì)量管理系統(tǒng)、ISO 14001環(huán)境管理系統(tǒng)、ISO 45001職業(yè)健康與安全管理系統(tǒng)，以及ISO 27001信息安全管理系統(tǒng)認(rèn)證。

ADOP的產(chǎn)品線涵蓋了儲(chǔ)存系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)解決方案、智能影像分析等多個(gè)領(lǐng)域，致力于提供數(shù)字化定制的產(chǎn)品和方案，滿足企業(yè)在云端時(shí)代的需求。他們的團(tuán)隊(duì)由行業(yè)資深專家組成，不斷推動(dòng)技術(shù)的邊界，確保客戶能夠享受到最前沿的技術(shù)和最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

ADOP - 前沿光學(xué)科技有限公司

前沿驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新，光學(xué)創(chuàng)造未來，ADOP與您精彩前行！

審核編輯 黃宇