深入分析首款采用英特爾（Intel）獨特的激光器集成技術的硅光子芯片

在20世紀中期，半導體產業剛興起時便有人提出過在硅材料上制作波導等光學結構的想法，但這一領域的真正啟動始于20世紀80年代末 至90年代初SOREF Richard和REED Graham等人的一系列早期工作。硅光子領域的基礎是硅半導體生態系統，而這個基礎則決定了硅光子發展的各個里程碑處處呈現出集成電路（IC）的技術發展和影響的影子。

硅光子的真正產品化是在2010年之后，突出表現為一系列通信系統公司對硅光子初創公司的高價收購。在這期間，有更多的初創公司出現，這些新創立的公司大多把目光瞄準了異軍突起的數據中心市場，但目前僅Luxtera有稍具規模的產品銷售。當前的產業化階段和行業特點對初創公司的發展有著十分嚴峻的挑戰。

目前硅光子較為成功的產品主要應用在數據中心和相干傳輸兩個領域（產業詳情：《硅光子技術及市場趨勢-2018版》）。從實用主義角度出發，我們認為各種利用了各級別硅半導體工藝和生態系統的、有價值的光芯片產品都可稱為硅光子產品。另外，我們還認為其他材料體系（如砷化鎵（GaAs）等）仍有其存在的必要性，磷化銦（InP）為基礎的光芯片并不會消失或被替代，尤其是在目前硅光子仍極度依賴高性能的InP激光器的情況下。在未來相當長一段時間里，硅光子和InP產品都將不斷繼續進步并互為補充。

值得注意的是：這一輪數據中心的興起，硅光子并不是唯一的受益者。事實上，使用傳統的InP加微光學耦合方案的公司，在數據中心指標降低的情況下，由于其積累多年的技術儲備和量產經驗，是目前獲益最多的。硅光子方案已形成產品的主要競爭者Luxtera和Intel目前以激進的定價為主要武器，并皆以此為機會積累硅光子產品量產經驗以面對未來增產和其他可能出現的市場。

在短短幾年時間內，英特爾（Intel）就已成為基于硅光子技術的光纖收發器第二大供應商。英特爾之所以取得成功，是因為其在技術瓶頸方面付出了很多努力，例如利用晶圓鍵合工藝將InP芯片和硅（Si）晶圓集成。這種InP-Si異質混合集成技術在封裝方面有很大優勢，因為基于InP的激光器材料使用“芯片-晶圓（Die-to-Wafer）鍵合”，在后端工藝前集成在硅光子晶圓上，解決了后面耦合的問題。

傳統InP方案 vs. 硅光子+InP激光器方案

在最近這一輪數據中心光通信模塊采購大潮中，100G 4通道28G小封裝可插拔光模塊（QSFP28）是最引人注目的產品，也是硅光子真正形成量產的產品，這類產品主要有兩類：用于500m以下的4通道并行單模（PSM4）方案和用于2km的粗波分復用（CWDM）方案。這些方案也是未來200G/400G甚至更高速的應用中的基礎，有相應的解決方案提議。

據麥姆斯咨詢報道，英特爾于2016年推出支持100G通信的硅光子4通道可插拔收發器，計劃在2019年下半年將400G產品投入量產。在“第44屆歐洲光通信會議（ECOC 2018）”上，英特爾發布了針對5G無線通信的新型100G硅光子收發器。本報告拆解分析了英特爾100G PSM4 QSFP28光纖收發器，它是一款小型、高速、低功耗產品，用于數據通信應用的光互聯。

英特爾100G PSM4

英特爾100G PSM4 QSFP28光纖收發器包含兩個獨立的模塊，每個模塊擁有多顆芯片。拆解其中的發射器，我們可以發現：以倒裝芯片形式，通過鍵合技術將多個InP激光器和CMOS芯片集成在主硅片上。硅基光子集成回路（PIC）芯片包含4個馬赫-曾德爾（Mach-Zehnder）調制器，同時使用一個激光器作為光源給4個調制器供直流光。PIC芯片同時集成鍺硅光探測器（PD），并一般把4進4出的8個光纖接口做成光柵耦合陣列和光纖陣列塊一次性耦合，減少封裝步驟。

英特爾100G PSM4 QSFP28光纖收發器拆解與逆向分析

本報告對英特爾100G PSM4 QSFP28光纖收發器進行詳細的逆向分析，包括硅光子芯片、TIA電路、馬赫-曾德爾驅動電路、MACOM電路和鍺硅光探測器等，并給出成本分析和價格預估。此外，報告還介紹了兩個光纖耦合器、聚焦透鏡和隔離器，并估算了它們的價格。最后，我們還將英特爾的產品與Luxtera的硅光子產品進行了對比分析。

InP激光二極管 - 硅光子芯片（樣刊模糊化）