《電子技術(shù)應(yīng)用》
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重大突破!國(guó)內(nèi)首款1.6Tb/s硅光互連芯片研制成功

2021-12-28
來(lái)源:OFweek電子工程網(wǎng)

12月27日消息,來(lái)自國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心消息顯示,中國(guó)信息通信科技集團(tuán)光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心(NOEIC)、鵬城實(shí)驗(yàn)室,在國(guó)內(nèi)率先完成了1.6Tb/s硅基光收發(fā)芯片的聯(lián)合研制和功能驗(yàn)證!

要知道,在超級(jí)計(jì)算、人工智能、5G等新興技術(shù)蓬勃發(fā)展,全球數(shù)據(jù)交換需求爆發(fā)式增長(zhǎng)的當(dāng)下,光收發(fā)模塊市場(chǎng)已達(dá)千億。目前國(guó)際上400G光模塊進(jìn)入商用部署階段,800G光模塊樣機(jī)研制和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在推進(jìn)中。在12月13日,針對(duì)1.6T光接口的MSA(Multi-Source Agreement,多源協(xié)議)行業(yè)聯(lián)盟宣布成立,宣告1.6Tb/s光模塊將成為下一步全球競(jìng)相追逐的熱點(diǎn)。然而,1.6Tb/s光芯片在速率、集成度、封裝技術(shù)等方面都具有極高挑戰(zhàn),國(guó)際上還沒(méi)有明確和完善的解決方案。

(以太網(wǎng)聯(lián)盟預(yù)測(cè)2023年后數(shù)據(jù)速率將達(dá)到1.6TE)

此次國(guó)內(nèi)首款1.6Tb/s硅光互連芯片在NOEIC完成研制,不僅實(shí)現(xiàn)了我國(guó)硅光芯片技術(shù)向Tb/s級(jí)的首次跨越,更為我國(guó)下一代數(shù)據(jù)中心內(nèi)的寬帶互連提供了可靠的光芯片解決方案。

據(jù)介紹,研究人員分別在單顆硅基光發(fā)射芯片和硅基光接收芯片上集成了8個(gè)通道高速電光調(diào)制器和高速光電探測(cè)器,每個(gè)通道可實(shí)現(xiàn)200Gb/s PAM4高速信號(hào)的光電和電光轉(zhuǎn)換,最終經(jīng)過(guò)芯片封裝和系統(tǒng)傳輸測(cè)試,完成了單片容量高達(dá)8×200Gb/s光互連技術(shù)驗(yàn)證。該工作刷新了國(guó)內(nèi)此前單片光互連速率和互連密度的最好水平,展現(xiàn)出硅光技術(shù)的超高速、超高密度、高可擴(kuò)展性等突出優(yōu)勢(shì),為下一代數(shù)據(jù)中心內(nèi)的寬帶互連提供了可靠的光芯片解決方案。

5G提速,光模塊市場(chǎng)需求倍增

OFweek維科網(wǎng)注意到,隨著5G概念的深入落地和場(chǎng)景布局越來(lái)越多,基站數(shù)量也在逐步上升。從基站建設(shè)的角度來(lái)看,光模塊的的需求會(huì)隨著5G組網(wǎng)進(jìn)程的推進(jìn)而得到釋放,尤其是在下游應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境產(chǎn)生巨大需求后,市場(chǎng)對(duì)于光模塊和硅光芯片的呼聲也越來(lái)越高昂。

眾所周知,在現(xiàn)代通信產(chǎn)業(yè)中,光通信技術(shù)是構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)的主流選擇,“快”是光通信技術(shù)的最大特點(diǎn)。因?yàn)樵诠馔ㄐ胖?,信?hào)是以光的形式在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行傳播,但使用信號(hào)的終端卻以電作為信息傳遞的媒介。因此,光模塊就成為了實(shí)現(xiàn)兩種信號(hào)轉(zhuǎn)換,打通整個(gè)網(wǎng)絡(luò)“任督二脈”的關(guān)鍵部件。

當(dāng)然,從本質(zhì)上來(lái)說(shuō),光模塊的技術(shù)原理就是光電信號(hào)轉(zhuǎn)換,通過(guò)發(fā)送端和接收端兩個(gè)端口的連接模塊,其中發(fā)送端把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào),通過(guò)光纖傳送后,接收端再把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

在光模塊的整體架構(gòu)上,主要由光電子器件、功能電路和光接口等組成。其中光電子器件包括光發(fā)射器件(TOSA)和光接收器件(ROSA),核心結(jié)構(gòu)分別為激光器和探測(cè)器。在光模塊發(fā)送端輸入一定碼率的電信號(hào),經(jīng)TOSA中的驅(qū)動(dòng)芯片處理后,驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)射出一定頻率的調(diào)制光信號(hào),通過(guò)光纖傳輸后到達(dá)另一光模塊的接收端,由探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后,經(jīng)跨阻放大器和限幅放大器后輸出相應(yīng)碼率的電信號(hào)。

光模塊作為光通信產(chǎn)業(yè)中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié),其需求量在穩(wěn)步放大。就目前市場(chǎng)行情來(lái)看,特別是數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)上,即使是100G模塊也存在供不應(yīng)求的情況,而10G和40G模塊仍然有存量需求,之前的訂單積壓仍然在出。隨著5G應(yīng)用落地普及,需求上行帶動(dòng)了400G光模塊走入商用,更是讓800G和1.6Tb級(jí)網(wǎng)絡(luò)成為行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新突破的焦點(diǎn)。尤其是當(dāng)下從事硅光研究的公司,頗受資本市場(chǎng)的青睞。

巨頭環(huán)伺,硅光芯片都有哪些玩家

據(jù)了解,硅光芯片技術(shù)自1969年由貝爾實(shí)驗(yàn)室提出以來(lái),就一直受到廠商的廣泛關(guān)注。IBM、Intel、Sun Microsystems( 后 并 入 Oracle)、NTT/NEC 等公司均設(shè)立獨(dú)立硅光子部門(mén)并投入大量資源,和學(xué)術(shù)界一起對(duì)硅光子產(chǎn)業(yè)進(jìn)行深入研究,硅光子產(chǎn)業(yè)一觸即發(fā)。

國(guó)外玩家當(dāng)中,以IBM以IBM為例。2015年IBM就對(duì)外展示了一款號(hào)稱完全整合的分波多任務(wù)CMOS硅光子芯片。該芯片的4個(gè)laser信道分別以25Gbps的速度在芯片上運(yùn)作,是以鍺光學(xué)探測(cè)器以及光學(xué)解多任務(wù)器,將之融合為單一100Gbps電子信號(hào),在需要時(shí)進(jìn)行處理;該電子信號(hào)能以干涉儀調(diào)變四道芯片外的laser,成為在芯片邊緣外行進(jìn)的光脈沖。

另外一位硅光芯片先行者是Intel,上世紀(jì)90年代末Intel就開(kāi)了一個(gè)平面光電路公司,不過(guò)卻在2004年將該業(yè)務(wù)悄悄關(guān)閉。直到Intel宣布他們的Light Peak技術(shù)(后來(lái)演變成蘋(píng)果的 Thunderbolt)能夠讓高速光鏈接降到平價(jià)。在2015年,Intel推出了一款全新硅光子產(chǎn)品,這個(gè)采用內(nèi)置混合集成激光器+硅調(diào)制器的方案可以在數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中提供極大速率。據(jù)了解,這款產(chǎn)品不僅價(jià)格較低,生產(chǎn)過(guò)程也比較容易,該技術(shù)有望改善數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交換瓶頸問(wèn)題。

國(guó)外還有一家比Intel更早的硅光芯片玩家,如今已被思科收購(gòu)的lextura。lextura成立于2001年,是全球第一家提供光子器件解決方案的公司。Luxtera的CMOS光子器件都是由CMOS電子學(xué)工藝集成,體積比傳統(tǒng)的光子器件更小。他們和臺(tái)積電合作開(kāi)發(fā)的技術(shù)可以相比其他硅光方案提供翻倍的性能和四倍的傳輸能力,支持光互聯(lián)能力與CMOS電芯片的全面集成,并可以進(jìn)一步降低功耗和成本。在此之前,Luxtera和Intel一直在用激進(jìn)定價(jià)策略對(duì)標(biāo)以打開(kāi)光模塊的市場(chǎng)缺口。

國(guó)內(nèi)入局硅光芯片的重要玩家也不少,其中之一就是華為。華為本身就是國(guó)內(nèi)通信行業(yè)的領(lǐng)頭羊,早在2013年就通過(guò)收購(gòu)比利時(shí)硅光芯片公司Caliopa加入了戰(zhàn)場(chǎng),后來(lái)又收購(gòu)了英國(guó)光子集成公司CIP。

除了華為以外,烽火科技也設(shè)立了子公司光迅科技專門(mén)研發(fā)光通信芯片,其芯片自給率達(dá)到95%。不過(guò)集中在中低端層面。此外,烽火通信投資的飛思靈公司也專注于光通信系統(tǒng)設(shè)備及光模塊器件所需的芯片研發(fā)設(shè)計(jì)等。

除了通信廠商以外,還包括了激光巨頭華工科技、家電巨頭海信,以及新起之秀索爾思光電、易飛揚(yáng)、海特高新等等。總體而言,全球硅光芯片格局分布中,高端芯片主要還是被掌握在在美國(guó)、 日本等企業(yè)手里,國(guó)內(nèi)高端硅光芯片自給率依然不足,嚴(yán)重依賴進(jìn)口。




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