面向光學(xué)共封裝（CPO）的外部光源

  ICC訊（編譯：Aiur） NeoPhotonics(新飛通)官網(wǎng)的最新博客文章介紹了應(yīng)用于共封裝光學(xué)(Co-Packaged Optics，CPO)的外置光源。相比于可插拔光收發(fā)器，CPO作為一種光收發(fā)器技術(shù)，其目標(biāo)是增加端口密度和光電接口速率，并且顯著降低功耗。它是為未來應(yīng)用而設(shè)計(jì)，例如基于太比特處理器的人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)以及數(shù)據(jù)中心51.2 Tb/s或更高的以太網(wǎng)交換機(jī)。作為結(jié)果，CPO收發(fā)器的研究合作已經(jīng)在CPO合作加入發(fā)展論壇、OIF和COBO等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)內(nèi)開展。

  以數(shù)中心51.2Tb/s以太網(wǎng)交換機(jī)為例，多個(gè)CPO收發(fā)器圍繞熱源的中央以太網(wǎng)交換機(jī)芯片，它們功耗高達(dá)數(shù)百瓦(目前最先進(jìn)的25.6Tb/s交換機(jī)功耗為300多瓦，參考[4])。所有CPO收發(fā)器都必須靠近中央的交換芯片，以保持每通道112Gb/s的高RF信號(hào)保真度(Signal Fidelity)，未來四年將發(fā)展至224 Gb/s。但是，由于CPO收發(fā)器靠近熱源的中央交換機(jī)芯片，因此通常使用硅光子IC (PIC)與交換機(jī)芯片連接，這是因?yàn)?A href="http://m.3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e7%a1%85%e5%85%89&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">硅光PIC對(duì)寬泛的工作溫度變化不敏感。在其他方面，基于InP材料的激光光源對(duì)工作溫度極其敏感，如果太靠近熱源的中央交換機(jī)芯片，將導(dǎo)致其自身可靠性的下降。帶有內(nèi)置DFB激光器的CPO模塊就會(huì)面臨這類工況，在這種情況下，必須搭配輔助的激光器來支持主激光器。

圖.1 16塊CPO收發(fā)器圍繞中央交換機(jī)芯片 [2]

  圖2中的可插拔模塊(例如DD-QSFP)可以包含多個(gè)O波段波長的半導(dǎo)體激光器。將CW光源(包括微控制器、TEC，DC-DC轉(zhuǎn)換器)提供給對(duì)溫度不敏感的硅基PIC的另一種方法，是將激光器放置在交換機(jī)的外部，如圖2所示，因此將其命名為外部光源(ELS)。使用可插拔ELS模塊的概念很有趣，因?yàn)椴粌H解決了人眼安全問題，而且還可以在出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)更換。假設(shè)所有其他 CPO組件和以太網(wǎng)交換機(jī)都是高度可靠的，那么當(dāng)使用可插拔ELS模塊時(shí)，整個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)就可以更加可靠且適合實(shí)際使用。

圖2 可插拔模塊中的外部光源。以太網(wǎng)交換機(jī)在內(nèi)部安置CPO收發(fā)器(激光器除外)

  行業(yè)趨勢(shì)是讓每個(gè)激光器的輸出功率為18~23 dBm，以便CPO收發(fā)器中的4至8個(gè)硅調(diào)制器共享。可以將用于激光功率共享的1：N(N = 4或8)濾波片集成在硅光子PIC上。連接ELS 和CPO收發(fā)器的光纖應(yīng)該是保偏光纖，這需要在盲插(blind-mated)連接器的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)的機(jī)械設(shè)計(jì)。此外，在交換機(jī)內(nèi)，可能需要包含單個(gè)N+1:N或多個(gè)1:2光保護(hù)開關(guān)，以提高整體系統(tǒng)可靠性。總體而言，標(biāo)準(zhǔn)組織仍然需要制定許多關(guān)于ELS的詳細(xì)光學(xué)、電氣、熱學(xué)和機(jī)械參數(shù)。

  相關(guān)報(bào)道

  [1] http://www.copackagedoptics.com

  [2] https://www.lightwaveonline.com/optical-tech/components/article/14199184/oif-launches-32t-copackaged-module-project; OIF Implementation Agreement of a 3.2Tb/s Co-Packaged Optical (CPO) Transceiver (draft).

  [3] https://www.onboardoptics.org/presentations

  [4] https://www.servethehome.com/xsight-labs-x1-25-6t-switch-chip-for-the-800gbps-era/

  [5] https://www.slideshare.net/LeahWilkinson3/designcon-2019-112gbps-electrical-interfaces-an-oif-update-on-cei112hg

  [6] https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2015.00037/full

  [7] https://www.researchgate.net/publication/339758040

  [8] http://www.copackagedoptics.com/wp-content/uploads/2020/01/ELS-Guidance-Doc-v1.0-FINAL.pdf

  作者：Winston Way