硅光子通信技术引领通信I/O革命性变革

　　1、什么是硅光子：

　　硅光子是以硅作为光学介质的光子系统，使用现有的半导体制造技术来制造硅光子器件。因为硅已经被用作大多数集成电路的衬底，所以可以创建其中光学和电子元件被集成到单个微芯片上的混合器件。通过使用光学互连来提供更快的数据传输并在微芯片内。

　　2、硅光子的优势：

　　2.1 消除带宽瓶颈

　　硅光子技术可以克服传统收发器技术在高速传输网络中的局限性，以支持数据中心之间更快的互连。性能上的下一个门槛是芯片和处理器之间的连接。这个概念涉及到激光和硅光技术在同一芯片上的结合。硅光子技术基于红外光束具有更大的可用带宽和更高的传输速度。硅光子学技术的有效实施将极大地提高计算机的处理速度和带宽。

　　硅光芯片上直接可以将光耦合进硅光芯片的镜片叫Prizm,直接将光纤带上的光信号以90度的反射到硅光芯片表面。硅光芯片的数据带宽扩容是非常方便的，可以分成横向与纵向两个方面，横向扩容可以在芯片表面增加传输通道即增加光路。如果以25G每通道，总传输量为25G*N通道。纵向可以升级每个硅光通道的数据传输量，即将每通道从25G升到50G或100G等，使的带宽的增加不再受到传统的设备内PCB电路，或光纤收发器以及数据信号处理DSP芯片方面技术的限制，所有大容量数据传输是基于光纤与芯片间的传输。

　　2.2 降低功耗

　　由于硅光子技术是基于芯片间的光传输，去除了大量传统技术中光路先经过收发器光转铜，再经过数字信号处理过程到芯片内，传统技术在这转化与处理过程中会产生较多的功耗，而硅光的传输路径无需多次转化，整体功耗将会有明显下降。相比转传统光收发器的接口技术，相同传输容量下，硅光子技术的功耗只有传统的约30%左右，对数据中心来说，IT设备的功耗大幅度下降是对整体机房最大效率的节能。以下分别比传输光收发器模块，光引擎模块以及与硅光子芯片之前的功耗对比。

　　3、硅光子技术外部接口

　　基于硅光子芯片技术的设备外部接口的光纤密度非常高，如果采用现有的光纤连接器，目前MPO的接口密度相对比较高，常用1个MPO可以支持12芯，24芯甚至48芯。不过市场上极少有使用48芯密度的MPO连接器。主要是因为MPO基于MT平面接触的插芯，当插芯表面有灰尘时，将会产生较大衰减的风险，超高密度的稳定性还需要提升。而与硅光子技术配套的设备外部接口将采用下一代高密MXC连接器，这类连接器采用非接触式的连接，连接器的端面采用透镜技术将光束放大，一个MXC连接器可以实现64芯光纤密度的连接，而且对灰尘不敏感，增加了连接的稳定性与可靠性。MXC的连接器不再采用传统研磨工艺，而是采用专用激光设备进行安装，产品组装效率很高。

　　单个MXCTM接口的光纤芯数达到16×4＝６４芯，支持８个１００G通道。核心交换一块板卡接口如果按48口的密度来计算，一块板卡的数据交换量基于单通道25G的情况下的极限传输容量可以达到 800G*48Port=38.4TBit/S 。

　　4、硅光技术的应用展望

　　以Intel为首的半导体巨头正在努力推动硅光技术的商业化进程，罗森伯格作为硅光接口COBO（Consortium for On-Board Optics）技术联盟成员之一正在全球范围推动硅光接口技术的应用。目前已经由许多网络设备厂家已经从实验至测试到小范围应用阶段。特别是适用于核心网络设备的热插拔式的背板大数据传输，采用硅光技术可以轻松突破现有带宽的瓶颈，并且在核心交换设备接口方面已经有规模化的应用。随着人工智能、大数据、5G等应用的不断推进，可以预测到全球数据年均增长保持几何级的增长势态，硅光技术具有超大带宽、低功耗等特点，相信在未来的3-5年会迎来高速增长的机会。

（本文作者：罗森伯格（上海）通信技术有限公司 孙慧永）