近日，国家信息光电子创新中心（NOEIC）和鹏城实验室的光电融合联合团队完成2Tb/s硅光互连芯粒（chiplet）的研制和功能验证，在国内首次验证了3D硅基光电芯粒架构，实现了单片最高达8×256Gb/s的单向互连带宽。
2Tb/s 硅基3D集成光发射芯粒
随着人工智能应用的快速发展，AI算力系统对于高效能互连技术的需求呈现爆发性增长态势。为了满足这一挑战，业界正大力研发更大容量、更高速率、更高集成度的硅基光互连芯片解决方案，把硅光收发芯片直接集成到计算芯片附近或同一封装内，极大地减少信号传输的延迟和功耗，从而显著提升算力系统的整体性能。然而，面向下一代单通道200G以上（200G per lane）的光接口速率需求，硅光方案在速率、功耗、集成度等方面面临着巨大挑战。
该团队在2021年1.6T硅光互连芯片的基础上，进一步突破了光电协同设计仿真方法，研制出硅光配套的单路超200G driver和TIA芯片, 并攻克了硅基光电三维堆叠封装工艺技术，形成了一整套基于硅光芯片的3D芯粒集成方案。
硅光互连芯粒的侧向显微镜结构
该方案充分利用了硅光与CMOS封装工艺兼容的特点，相比于传统wirebond方案，3D芯粒能解决电芯片与光芯片间高密度、高带宽电互连的困难，显著降低射频信号在光-电芯片互连过程中的严重衰减。经系统传输测试，8个通道在下一代光模块标准的224Gb/s PAM4光信号速率下，TDECQ均在2dB以内。通过进一步链路均衡，最高可支持速率达8×256Gb/s，单片单向互连带宽高达2Tb/s。
8×224Gb/s硅基光发射芯粒输出眼图
据介绍，该工作充分展现了3D集成硅光芯粒的优越互连性能，以及联合团队的领先自主研发水平。该成果将广泛应用于下一代算力系统和数据中心所需的CPO、NPO、LPO、LRO等各类光模块产品中，为国内信息光电子技术的率先突围探索出可行路径。
目前，全球量产硅光芯片产品的主流传输速率为800Gb/s，1.6Tb/s产品刚刚发布。此次，由国家信息光电子创新中心等单位自主研发的2Tb/s硅光芯粒样品，已达到国际先进水平。预计近期可以实现高端硅光芯片的批量商用。
(来源：国家信息光电子创新中心)
