光互連調(diào)研報(bào)告-wenkub
2022-08-30 23:44:57 本頁(yè)面
【正文】 傳輸速度為 的光收發(fā)器技術(shù)。但要實(shí)現(xiàn)完全的光互連還需要不斷研究。端面實(shí)現(xiàn)，光波導(dǎo)采用干模熱壓法制作，波導(dǎo)芯層尺寸為 35μm35μm，損耗在 850nm 處為 。2005 年提出了第一個(gè)光互連原型；2007年利用級(jí)聯(lián)微環(huán)振蕩器研發(fā)出硅芯片超壓縮光緩沖區(qū)；2008 年鋪開(kāi)了許多項(xiàng)目，以開(kāi)發(fā)光連接、低功率光收發(fā)器與光諧振器；2010 年提出了“ CMOS 集成硅納米光子”的概念；2012 年宣布“硅納米光子”可利用 100 nm 以下工藝，在單顆硅芯片內(nèi)同時(shí)整合多種不同的光學(xué)部件和電子電路，達(dá)到25Gbps；2013 年與 Dow Corning 展示了基于硅材料的新型聚合物光波導(dǎo)[[] 呂慧琳. 美國(guó)和日本互聯(lián)技術(shù)研究及其借鑒. 全球科技經(jīng)濟(jì)瞭望. ]。光傳輸則具有低損耗、高帶寬、大容量、無(wú)串?dāng)_、抗電磁干擾等諸多優(yōu)點(diǎn)，使得光互連成為解決高速信號(hào)互連瓶頸的一個(gè)有效方法[[] 張金星. 基于光波導(dǎo)互連的EOPCB的研究. 華中科技大學(xué). 2010]。不過(guò)這里采用的波導(dǎo)是光纖帶狀線。第二章 光互連發(fā)展情況 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國(guó)內(nèi)目前只有華中科技大學(xué)和國(guó)防科技大學(xué)從事過(guò)這方面的研究。光互連作為一種新的互連方式，能夠很好地解決上述電互連發(fā)展受限的問(wèn)題。隨著高性能計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，工作頻率的不斷提高，傳統(tǒng)的電互連技術(shù)的缺點(diǎn)顯得更加突出。(4)帶寬限制增加節(jié)點(diǎn)之間的通信帶寬通常有兩種途徑，一是增加并行數(shù)據(jù)傳輸線的寬度，二是提高信號(hào)頻率。工作頻率的提高，使得數(shù)據(jù)的采樣窗口不斷減小，同時(shí)電纜上的衰減增加，影響了有效帶寬的增大，系統(tǒng)的可靠性面臨挑戰(zhàn)。 電互連發(fā)展制約 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的急劇增加，對(duì)高性能互連網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬、傳輸延時(shí)都有較高的要求。目錄第一章 緒論 2 光互連簡(jiǎn)介 2 電互連發(fā)展制約 2 光互連優(yōu)勢(shì) 2第二章 光互連發(fā)展情況 3 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 3 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 4第三章 光互連中的激光器與探測(cè)器 7 VCSEL 7 InGaAs 光電探測(cè)陣列探測(cè)器 8第四章 耦合方式 8 光收發(fā)模塊與光互連層之間的耦合 8 板間(芯片之間)耦合的幾種結(jié)構(gòu) 11第五章 光波導(dǎo)制作材料及工藝 13 13 光波導(dǎo)制作工藝 14第六章 EOPCB與傳統(tǒng)PCB的制作工藝 16 EOPCB的制作工藝 16 傳統(tǒng)PCB制作（四層板） 16參考文獻(xiàn)： 19第一章 緒論 光互連簡(jiǎn)介光互連是相對(duì)于電互連而最近發(fā)展起來(lái)的新一代的連接技術(shù)，光互連是指在板間、芯片間、芯片與板之間等等用光的形式互連。電互連網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展主要受限于以下幾個(gè)方面[[1] ]： (1)集成電路發(fā)展的限制 隨著互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)的逐步成熟，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能主要依靠集成電路技術(shù)的發(fā)展。工作頻率的提高，商業(yè)軟件工具對(duì)下一代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、布局布線、物理驗(yàn)證的支持有限，系統(tǒng)的可制造性同樣面臨著挑戰(zhàn)。增加數(shù)據(jù)傳輸線的寬度，需要芯片提供更多的IO引腳，給芯片的封裝工藝帶來(lái)很大的困難。電互連網(wǎng)絡(luò)帶寬小、時(shí)延大、高速電信號(hào)之間串?dāng)_大、功耗大等缺點(diǎn)，已經(jīng)成為高速電互連進(jìn)一步發(fā)展的巨大障礙，對(duì)新的互連技術(shù)的研究已經(jīng)迫在眉睫。光互連可具體理解為用光技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)以上通信單元的連接，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同操作。華中科技大學(xué)的主要工作涉及系統(tǒng)的光互聯(lián)系統(tǒng)整體的架構(gòu)，系統(tǒng)的整體仿真，實(shí)際的實(shí)驗(yàn)完成了波導(dǎo)的設(shè)計(jì)，制作，還有一部分是研究波導(dǎo)與光源耦合的部分。波導(dǎo)與光源的耦合采用的是透鏡陣列。EOPCB（光電印刷電路板）主要利用嵌入式的光波導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片間的高速光互連，對(duì)于EOPCB的研究，特別受到了美日德韓等國(guó)家的重視。在2010年，IBM在ECTC(Electronic Components and Technology Conference)發(fā)表的會(huì)議論文提出每個(gè)光通道1015G/s共24路并行鏈路的雙向高速互連。在光波導(dǎo)內(nèi)可以進(jìn)行光的波分復(fù)用。圖2 IBM光互連研究發(fā)展過(guò)程 日本的日立化成工業(yè)株式會(huì)社在 2008年ECTC發(fā)表的論文中提出他們的研究成果，他們的芯片間光互連的結(jié)構(gòu)如圖 3，其實(shí)在光互連的結(jié)構(gòu)上沒(méi)多大的變化，光波導(dǎo)的制作工藝也采用干模熱壓法，不過(guò)波導(dǎo)芯層為 50μm50μm，上下包層厚度分別為25μm，波導(dǎo)損耗為 ，波導(dǎo)材料高分子亞克力聚合物（PDMS）， 垂直耦合的光波導(dǎo)的 45176。該技術(shù)將芯片間布線駛?cè)搿肮獾母咚俟贰薄澢饫w陣列，如圖5所示。圖6 德國(guó)板級(jí)芯片光互連模具 第三章 光互連中的激光器與探測(cè)器甚短距離光互連中集成電路主要采用短波長(zhǎng) 850nm 垂直腔面激光射器(vertical cavity surface emittinglaser, VCSEL)陣列傳輸高速率并行數(shù)據(jù)。器件在脈沖(100ns／10ps)和連續(xù)(CW)備件下工作。輸出高穩(wěn)定電壓信號(hào)給用戶(hù),免去客戶(hù)在使用雪崩光電探測(cè)器時(shí)的弱信號(hào)處理環(huán)節(jié)。VCSEL和PD陣列的尺寸小，集成度高。光波導(dǎo)上面的一個(gè)凹腔中充滿透明波導(dǎo)物質(zhì)，填充波導(dǎo)表面拋光后，就在其上形成微透鏡陣列。 利用這種方法制作的EOPCB的光耦合示意圖如下所示[5] 方法二[1][[] Byung Sup Rho, Saekyoung Kang, Han Seo Cho, et al. PCBCompatible Optical Interconnction Using 45176。 優(yōu)點(diǎn)：消除了微透鏡陣列帶來(lái)的光損耗。 處理板和光背板耦合：在金屬光具座MOB上的光波導(dǎo)禍合到己經(jīng)安裝在光學(xué)插頭上的MMF（）陣列。傳輸透鏡陣列接收從VCSEL陣列發(fā)射的光線，并將光匯聚在多模光纖帶上。在光波導(dǎo)的任一端構(gòu)造激光熔融的反射鏡，
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