硅光子点亮光通讯未来

shuszhao

因新型冠状病毒(COVID-19)疫情升温，全球大型活动纷纷取消或延期。但2020年光纤通讯博览会暨研讨会(OFC 2020)不畏疫情严峻仍如期于加州圣地亚哥举行，探索光通讯、5G创新以及先进封装的未来。
根据Dell'Oro Group的报告，2019年光传输产业已取得了6%的成长。随着5G和数据中心等基础设施加速布建，光传输网络容量升级需求放量，可望进一步带动光组件、光模块与光纤等光通讯在未来几年的快速成长。
Infinera Corp.创办人兼创新长David Welch在专题演讲中指出：“光传输网络对于全球连接和全球通讯至关重要，它确实改变了我们的社会和世界。最终，生活将成为人与人之间的互动。我们可能选择使用机器来促进更好的人与人之间互连，而这将会是光网络的最大贡献：扩展人与人之间的互连网络。”

同时，英国南安普敦大学(University of Southampton)光电研究中心主任David Payne在演讲中问道：“二氧化硅是否有机会成为未来的光材料？”他讨论了光子组件的机会以及亟需了解光子学正处于变革的关键时刻。他并探索光子研究的下一步机会以及可以利用光子的市场(例如光达)等问题——光达(LiDAR)对于无人驾驶车、数据储存和光学数据中心的持续发展至关重要。
Payne说：“材料在光子学中非常重要，例如最新的二氧化硅低损耗光纤，现在我们虽然拥有广泛的材料，但挑战之处在于如何以经济有效的方式将他们整合在一起。”Payne认为，光损耗方面的进展进一步整合量子应用，正是OFC社群未来可以着墨之处。


共同封装光组件(CPO)技术崛起

Dell'Oro Group资深总监Sameh Boujelbene表示，更快速的SerDes技术和光组件将支持800Gbps、400Gbps以及100Gbps的新一波发展。而随着网络速度提高至800Gbps以上，可插拔光组件将遭遇密度和功率问题，“共同封装光组件”(Co-Packaged Optics；CPO)成为业界亟需的替代封装方案。由于产业链需要新的业务和可维护性模型，Boujelbene预计，这一过渡期将为供应链带来重大颠覆与变化。
另一方面，随着当今分布式Ethernet交换机IC和光模块架构已无法提供支持数据中心未来成长所需的可扩展性，OFC 2020大会的重要主题之一就在于探讨如何利用可扩展容量的网络基础架构，同时维持总功耗和占用空间，以因应数据中心流量空前成长的需求。
因此，“共同封装”(co-packaging)光组件和Ethernet交换机IC自然成为数据中心网络设备中降低电气I/O功耗负担的下一步。在25.6Tbps和51.2Tbps的交换机配置中，Ethernet交换机IC串行解串器(SerDes)从50Gbps过渡到100Gbps，成为Ethernet交换机系统架构的独特转折点。
针对高性能Ethernet的最新进展，包括英特尔(Intel)以及业界多家公司都展示了最新的800G技术。此外，加拿大高速光组件供货商Ranovus在会中宣布与IBM、TE Connectivity和Senko Advanced Components等公司策略合作，在其最新Odin硅光子引擎基础上，针对数据中心Co-Packaged光学应用，共同打造设计与制造多供货商方案的生态系统。Rockley Photonics则连手Accton、Molex、TE Connectivity和其他产业伙伴开发25.6T OptoASIC交换机系统，该系统并共同封装Rockley LightDriver光引擎以及铜缆附加400G光纤模块。


容量更高2倍？

据Ranovus表示，其Odin平台共同封装光交换机的途径，可提供较英特尔方案更高2倍的容量。Odin 100Gbps硅光子引擎可在单芯片中从800Gbps扩展到3.2bps，并结合该公司的多波长量子点雷射(QDL)、基于100Gbps硅光子的微环谐振调变器和光侦测器、100Gbps驱动器、100Gbps转阻放大器(TIA)以及拥有tier-1封装生态系统支持的各种控制IC。该公司表示，相较于现有解决方案，Odin平台的功耗更低50%，成本更少75%。

                               
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图1：Odin 100Gbps硅光子引擎能以单芯片从800Gbps扩展到3.2Tbps，支持模块以及共同封装光组件方案。（来源：Ranovus）

Ranovus与IBM、TE和Senko的合作，利用IBM的光纤V型槽互连封装技术，实现光纤与硅光子组件的连接。其制程利用被动对准技术，可在O波段到C波段宽光谱范围内实现低插入损耗。该解决方案的实体信道数可扩展，其自动化流程并可大规模生产共同封装光组件。
TE的共同封装(CP)高精度插槽中介层技术，可将小型芯片组和光引擎组件技术整合至支持可重新工作和可互通接口的高价值共同封装光组件组装。CP高精度插槽中介层的讯号完整性性能对于100 Gbps高密度电气封装要求至关重要。TE的热桥接技术整合提供了一种创新解决方案，从而为交换机、SerDes和光组件的热管理提供了高可靠性和长使用寿命的解决方案。
Senko光纤连接解决方案提供光耦合、板载/板间和面板，以支持100Gbps/通道和共同封装光设备设计，包括小型且高精密的光耦合组装、微型板载/板间连接器、兼容回流焊的连接器组装，以及节省空间的面板连接器选项。


可扩展至51.2T的硅光子

Rockley Photonics在OFC 2020展示其25.6Tbps光学封装平台。该公司宣布与Accton、Molex、TE Connectivity以及其他业界伙伴合作，开发25.6T OptoASIC交换系统，并共同封装Rockley LightDriver光学引擎和铜缆连接400G模块。

                               
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图2：25.6TB/s的数据中心交换机共同封装Rockley LightDriver引擎和400 Gigabit/s模块。（来源：Rockley Photonics）

该光引擎采用Rockley的硅光子平台开发，实现电子和光组件的3D整合。相较于采用收发器的光组件，它声称可节省40%的功率以及60%的成本，同时，该技术可从0.8T扩展到3.2T，让Rockley可以使用100G PAM4讯令传输，满足25.6T到51.2T的系统解决方案。
Rockley Photonics执行长Andrew Rickman表示，实现共同封装光组件技术，还需要一个强大的协作生态系统。Rockley、Acton、Molex以及TE之间的策略合作，可望提供高性能并具成本效益的光组件，成为超大规模数据中心连接的重要基础。
数据中心开放硬件平台设计业者Accton也与多家公司合作，在OFC2020上展示25.6T共同封装的OptoASIC交换机系统。该交换机系统透过TE高精度CP插座技术整合了800G光引擎，同时透过可插电接口兼容于传统的400G FR4 QSFP-DD模块。该交换机系统结合了Molex BiPass/TGA，以及Samtec Si-Fly铜缆解决方案。Accton已将MAC ASIC、光引擎以及铜连接器整合于Kyocera的基板，并透过TE Connectivity的XLA插槽连接。此外，该交换器展示平台还搭载了Vicor的垂直功率GCM组件。

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郑先生

  

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