通信技术

CPO 把激光器越做越多，热串扰成了躲不开的账

共封装光学（CPO）要把光引擎直接贴到交换芯片旁边，用光来承担芯片之间爆发的数据流量。一根光纤要传更多数据，就得用多波长，于是单颗模块里需要的激光器数量一路往上走。

把调制器折起来，让 CMOS 直接驱动光

数据中心的光互连从 800G 往 1.6T、3.2T 走，压力最后都落到同一个器件上：把电信号变成光信号的那颗调制器。它的驱动电压决定了要用多复杂的驱动电路，它的带宽决定了单条通道能跑多快，它的长度决定了芯片上还能放下多少路。三件事常常互相拉扯。一篇发表在 Optics Express 上的论文，用薄膜铌酸锂和折叠结构，把这三件事同时往前推了一截，而且是在一条开放的代工产线上做出来的。

硅光芯片为什么要一直给自己加热

光子芯片上有一种开销不太显眼：一部分电路不是用来传信号的，是用来保持温度的。硅的折射率对温度敏感，芯片温度变动几度，谐振器的共振波长就漂开了，信号对不上。于是一颗硅光芯片在正常工作时，往往要持续给某些器件加热。MDPI 的一篇综述梳理了可调谐光子器件在热光和电光两条路线上的进展，把这项开销的来源和它的解法讲了一遍。

CPO 的光为什么从外面送进来：一根聚合物波导的六小时高功率测试

共封装光学把光子芯片搬到计算芯片旁边，激光器放哪里就成了必须先回答的问题。直接集成进硅光芯片，密度高但要面对较高的失效率；把光源挪到封装外面再用波导送进来，可靠性和可维护性都更好。日本产业技术综合研究所的一支团队把玻璃环氧基板上的单模聚合物波导做成了这条送光通道的候选，在每通道 20 dBm 的连续光输入下测了六小时，给出了插入损耗、偏振消光比和温升的具体数字。

1.6T 光引擎的能耗账：每比特 3.95 皮焦是怎么算出来的

光模块的能耗账单上，每比特多少皮焦这个数字比速率更能说明问题。交换芯片的功耗上限由机柜的供电和散热定，光模块分走多少，芯片就少多少。当速率从 800G 走到 1.6T，模块内部可用的能耗预算并没有翻倍，反而因为通道数变多、封装变密而更紧。

光纤还能挤出多少带宽：七芯光纤把一条链路推到 0.672 Pb/s

单模光纤的容量已经被非线性效应按住了。波长复用、偏振复用、高阶调制这几招都用上之后，继续加功率不会线性换来容量，自相位调制、四波混频和受激拉曼散射会先把信号质量吃掉。想在一条缆里接着加带宽，得换一个物理维度。

去 DSP 的另一条路：在马赫-曾德尔网格里再生 200 Gbit/s 信号

光模块里那颗 DSP 负责把传输过程中被扭曲的信号重新洗干净，代价是功耗、成本和百纳秒量级的处理时延。速率越高，这笔账越难看。业内的一个方向是把均衡挪进交换芯片，让模块只做光电转换；另一个方向更激进，直接在光域里把信号重新整形。

光纤阵列怎么接上光子芯片：把六个自由度的对准机构塞进探针卡

共封装光学把光输入输出搬到了计算芯片旁边，光信号的进出点从面板边沿挪到了封装内部。这个搬迁对制造环节提出的要求，远比它对系统架构图看起来的影响要深：当光接口贴着计算芯粒，原本在封装完成之后才需要关心的光耦合问题，就被提前到了晶圆阶段，而且必须在一个本来只为电气筛选设计的探针台上完成。

铜缆还剩多少距离：200G 时代的光器件在赌什么

把 AI 集群做大，难点常常不在算力芯片本身，而在芯片之间怎么连。一条直连铜缆在 100 Gbps 每通道的速率下能跑 4 到 5 米，速率翻到 200 Gbps 每通道，这个距离掉到 1 到 2 米。铜互连因此把 XPU 的连接范围限制在一到两个机架之内，单跳能挂上的加速器数量被距离卡死了。

硅光片上激光器四条路线

硅光平台这几年的进展，几乎把光子集成电路该有的部件都补齐了。超低损耗波导、高速调制器、光探测器、分束器、波分复用器，都能在成熟的 CMOS 产线上做出来，成本和良率也站得住。整条链路里唯一缺的，是光源。硅是间接带隙材料，导带底和价带顶在动量空间里对不上，电子与空穴复合要借助声子，辐射复合概率极低，发光效率差到不能作为光源使用。把激光器装到硅上，成了硅光平台最后一道、也是最难的一道题。

从 15 pJ/bit 到 5 pJ/bit：CPO 共封装光学走到哪一步了

数据中心的带宽需求每两到三年翻一倍，功耗同步上涨。传统做法是把光模块放在板边，电气连接线要横穿大半个板子。走线一长，寄生效应就明显，信号完整性出问题，模块本身体积大、互连密度低，多个通道加起来功耗也不小。

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