OFC 2020:矽光子點亮光通訊未來

作者 : Nitin Dahad,EE Times歐洲特派記者

OFC 2020不畏疫情嚴峻如期舉行,探索從5G到光元件、光模組與光纖等光通訊,以及共同封裝光元件(CPO)等先進封裝的未來…

因應新型冠狀病毒(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)不畏疫情嚴峻仍如期於加州聖地牙哥舉行,探索光通訊、5G創新以及先進封裝的未來。

根據Dell'Oro Group的報告,2019年光傳輸產業已取得了6%的成長。隨着5G和資料中心等基礎設施加速佈建,光傳輸網路容量升級需求放量,可望進一步帶動光元件、光模組與光纖等光通訊在未來幾年的快速成長。

Infinera Corp.創辦人兼創新長David Welch在專題演講中指出:「光傳輸網路對於全球連接和全球通訊至關重要,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,而這將會是光網路的最大貢獻:擴展人與人之間的互連網路。」

同時,英國南安普敦大學(University of Southampton)光電研究中心主任David Payne在演講中問道:「二氧化矽是否有機會成為未來的光材料?」他討論了光子元件的機會以及亟需瞭解光子學正處於變革的關鍵時刻。他並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)對於無人駕駛車、資料儲存和光學資料中心的持續發展至關重要。

Payne說:「材料在光子學中非常重要,例如最新的二氧化矽低損耗光纖,現在我們雖然擁有廣泛的材料,但挑戰之處在於如何以經濟有效的方式將他們整合在一起。」Payne認為,光損耗方面的進展進一步整合量子應用,正是OFC社群未來可以著墨之處。

共同封裝光元件(CPO)技術崛起

Dell'Oro Group資深總監Sameh Boujelbene表示,更快速的SerDes技術和光元件將支援800Gbps、400Gbps以及100Gbps的新一波發展。而隨著網路速度提高至800Gbps以上,可插拔光元件將遭遇密度和功率問題,「共同封裝光元件」(Co-Packaged Optics;CPO)成為業界亟需的替代封裝方案。由於產業鏈需要新的業務和可維護性模型,Boujelbene預計,這一過渡期將為供應鏈帶來重大顛覆與變化。

另一方面,隨著當今分散式Ethernet交換機IC和光模組架構已無法提供支持資料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於探討如何利用可擴展容量的網路基礎架構,同時維持總功耗和佔用空間,以因應資料中心流量空前成長的需求。

因此,「共同封裝」(co-packaging)光元件和Ethernet交換機IC自然成為資料中心網路設備中降低電氣I/O功耗負擔的下一步。在25.6Tbps和51.2Tbps的交換機配置中,Ethernet交換機IC串列解串器(SerDes)從50Gbps過渡到100Gbps,成為Ethernet交換機系統架構的獨特轉捩點。

針對高性能Ethernet的最新進展,包括英特爾(Intel)以及業界多家公司都展示了最新的800G技術。此外,加拿大高速光元件供應商Ranovus在會中宣佈與IBM、TE Connectivity和Senko Advanced Components等公司策略合作,在其最新Odin矽光子引擎基礎上,針對資料中心Co-Packaged光學應用,共同打造設計與製造多供應商方案的生態系統。Rockley Photonics則聯手Accton、Molex、TE Connectivity和其他產業夥伴開發25.6T OptoASIC交換機系統,該系統並共同封裝Rockley LightDriver光引擎以及銅纜附加400G光纖模組。

容量更高2倍?

據Ranovus表示,其Odin平台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矽光子引擎可在單晶片中從800Gbps擴展到3.2bps,並結合該公司的多波長量子點雷射(QDL)、基於100Gbps矽光子的微環諧振調變器和光偵測器、100Gbps驅動器、100Gbps轉阻放大器(TIA)以及擁有tier-1封裝生態系統支援的各種控制IC。該公司表示,相較於現有解決方案,Odin平台的功耗更低50%,成本更少75%。

Ranovus, Odin 100Gbps silicon photonics engine

圖1:Odin 100Gbps矽光子引擎能以單晶片從800Gbps擴展到3.2Tbps,支援模組以及共同封裝光元件方案。
(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,實現光纖與矽光子元件的連接。其製程利用被動對準技術,可在O波段到C波段寬光譜範圍內實現低插入損耗。該解決方案的實體通道數可擴展,其自動化流程並可大規模生產共同封裝光元件。

TE的共同封裝(CP)高精度插槽中介層技術,可將小型晶片組和光引擎元件技術整合至支援可重新工作和可互通介面的高價值共同封裝光元件組裝。CP高精度插槽中介層的訊號完整性性能對於100 Gbps高密度電氣封裝要求至關重要。TE的熱橋接技術整合提供了一種創新解決方案,從而為交換機、SerDes和光元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,以支援100Gbps/通道和共同封裝光設備設計,包括小型且高精密的光耦合組裝、微型板載/板間連接器、相容回流焊的連接器組裝,以及節省空間的面板連接器選項。

可擴展至51.2T的矽光子

Rockley Photonics在OFC 2020展示其25.6Tbps光學封裝平台。該公司宣佈與Accton、Molex、TE Connectivity以及其他業界夥伴合作,開發25.6T OptoASIC交換系統,並共同封裝Rockley LightDriver光學引擎和銅纜連接400G模組。

Rockley, LightDriver engine

圖2:25.6TB/s的資料中心交換機共同封裝Rockley LightDriver引擎和400 Gigabit/s模組。
(來源:Rockley Photonics)

該光引擎採用Rockley的矽光子平台開發,實現電子和光元件的3D整合。相較於採用收發器的光元件,它聲稱可節省40%的功率以及60%的成本,同時,該技術可從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的系統解決方案。

Rockley Photonics執行長Andrew Rickman表示,實現共同封裝光元件技術,還需要一個強大的協作生態系統。Rockley、Acton、Molex以及TE之間的策略合作,可望提供高性能並具成本效益的光元件,成為超大規模資料中心連接的重要基礎。

資料中心開放硬體平台設計業者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。該交換機系統透過TE高精度CP插座技術整合了800G光引擎,同時透過可插電介面相容於傳統的400G FR4 QSFP-DD模組。該交換機系統結合了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於Kyocera的基板,並透過TE Connectivity的XLA插槽連接。此外,該交換器展示平台還搭載了Vicor的垂直功率GCM元件。

編譯:Susan Hong

(參考原文:OFC 2020: Looking at the Future of Optics and Silicon Photonics,by Nitin Dahad)

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