光互連調(diào)研報(bào)告-全文預(yù)覽
【正文】 系統(tǒng)[1][[] Keun Byoung Yoon, InKui Cho. Optical Backplane System Using Waveguide Embedded PCBs and Optical Slot. Journal of Lightwave Technology, 2004, 22(9):250~257] 它由兩部分組成，裝有發(fā)射和接收裝置的處理板和置入光波導(dǎo)的光底板。這種方法 以德國的“OptiCon”計(jì)劃，韓國的KAIST為代表。 優(yōu)點(diǎn)：微透鏡和表面加工工藝(SMT)完全兼容，因此可以大規(guī)模低成本的生產(chǎn)，易于投入商業(yè)應(yīng)用。PD也是采用線陣，4個(gè)的長(zhǎng)度1000um左右，12個(gè)的長(zhǎng)度3000um左右。目前可以訂制VCSEL及相應(yīng)的PD。 InGaAs 光電探測(cè)陣列探測(cè)器InGaAs光電探測(cè)器模塊集成了InGaAs有源區(qū)上下是反射器。彎曲光纖陣列德國的芯片間的光互連技術(shù)主要將發(fā)射器和及其驅(qū)動(dòng)電路集成到玻璃基底上，光直接通過玻璃基底如圖6所示，驅(qū)動(dòng)芯片與PCB板的連接通過在玻璃上穿孔形式，玻璃具有很好的絕緣性和很好的透明性，材料成本相對(duì)也較低，溫度性能很好，光直接通過玻璃入射到光波導(dǎo)的 45176。圖 4 PECST項(xiàng)目的具體分工情況韓國的板級(jí)芯片光互連中，較大的不同是在耦合部分采用的不是45176。圖 3 日立化成工業(yè)株式會(huì)社板級(jí)芯片間光互連模組日本從2010開始，進(jìn)行光電子融合系統(tǒng)基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)，以在 2025 年實(shí)現(xiàn)“片上數(shù)據(jù)中心”為目標(biāo)。IBM在解決銅互連瓶頸的方案中，提出了兩種方法[[] Roger Dangel, Jens Hofrichter, Folkert Horst, Daniel Jubin, Antonio La Porta, Norbert Meier, Ibrahim Murat Soganci, Jonas Weiss, and Bert Jan Offrein. Polymer waveguides for electrooptical integration in data centers and highperformance puters. . ]：1. 采用基于使用絕緣硅波導(dǎo)的硅光子COMS技術(shù)2. 使用光學(xué)聚合物波導(dǎo)的光印刷電路板技術(shù) 針對(duì)這兩張方案，IBM對(duì)它們不斷進(jìn)行了研究，尤其是在高分子聚合物波導(dǎo)方面的研究取得了重大成果。圖1 IBM公司板級(jí)光芯片間光互連模組光芯片將激光器陣列和探測(cè)器陣列以及它們的驅(qū)動(dòng)電路整合到一塊芯片里面，這個(gè)主要通過SiC（Si carrier）技術(shù)實(shí)現(xiàn)，光芯片與光波導(dǎo)的耦合通過微透鏡陣列和 45176。美國的IBM公司在EOPCB的研究方面取得了較大成果。在高頻傳輸時(shí)，傳統(tǒng)的電互連存在很多問題。采用透鏡將光耦合進(jìn)出波導(dǎo)，多模光纖，無芯光纖和球透鏡組成，如下圖：國防科技大學(xué)設(shè)計(jì)和制作一種光互聯(lián)結(jié)構(gòu)，在發(fā)射端采用1*12VCSEL陣列，接收端采用1*12PD陣列完成了兩塊高速FPGA芯片之間的互聯(lián)，具體的EOPCB板如下圖。光互連逐漸代替電互連，已經(jīng)成為高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)之間高速互連的關(guān)鍵技術(shù)。近幾十年以來，各種光技術(shù)的成熟，光器件的研制成功，極大的推動(dòng)了光互連技術(shù)的發(fā)展。從某種意義上講，導(dǎo)線便是低通濾波器，其有限帶寬會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的嚴(yán)重失真，傳輸帶寬可提高的余地非常小。隨著系統(tǒng)規(guī)模的增加，互連網(wǎng)絡(luò)的帶寬、工作頻率相互制約，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能的提高。(2)電信號(hào)傳輸限制由于電信號(hào)傳輸過程中的衰減、反射、串?dāng)_、電源噪聲等因素，工作頻率的提高面臨著挑戰(zhàn)。光互連作為一種新的互連方式，具有極高的通信帶寬，極小的功耗，能夠很好地解決電互連發(fā)展受限的問題。電互連傳輸帶寬小、時(shí)延大、高速信號(hào)之間串?dāng)_大、功耗大等缺點(diǎn)，已經(jīng)成為電互連進(jìn)一步發(fā)展的巨大障礙。近幾十年來，雖然集成電路技術(shù)按摩爾定律高速發(fā)展，但其發(fā)展受到散熱、熱噪聲等因素的限制，已經(jīng)很難再有較大的突破。(3)物理封裝限制互連網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)需跨越多個(gè)層次，每層中的材料和制造工藝不同，導(dǎo)致物理特性和約束不同，隨著層次的增加，互連代價(jià)增大，密度減小，必然限制系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展。提高信號(hào)的頻率，傳輸線上將消耗更多的能量，傳輸線之間的串?dāng)_也將增加，使得信號(hào)的傳輸距離縮短。 光互連優(yōu)勢(shì)光互連具有帶寬高、功耗小、可并行等優(yōu)點(diǎn)。隨著信號(hào)頻率的增大，光互連技術(shù)相對(duì)與電互連技術(shù)的優(yōu)勢(shì)顯得越來月明顯。（羅風(fēng)光）[2]文中[] 提出了一種新的光耦合結(jié)構(gòu)，并在理論上驗(yàn)證了這種耦合結(jié)構(gòu)的損耗較小。 國外發(fā)展現(xiàn)狀 傳統(tǒng)印刷電路板上的銅線互聯(lián)在達(dá)到GHz的傳輸速度后，由于介質(zhì)損耗以及趨膚效應(yīng)損耗等決定了銅互連的傳輸損耗，使得信道噪聲隨著頻率的增加呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)別的增長(zhǎng)。下面介紹這幾個(gè)國家的研究情況。模組如圖1所示。圖2顯示的是IBM在研究中關(guān)于EOPCB的發(fā)展過程。斜面。目前， PECST 的研究還在持續(xù)推進(jìn)中。圖5 多層90176。并行高速光電轉(zhuǎn)換器常采用 850 nm 短波長(zhǎng)InGaAs 光電探測(cè)陣列探測(cè)器. 工 作 速 率 已 達(dá) 到 每 通 道 10 Gb/s. VCSEL中心是有源區(qū)，它有體異質(zhì)結(jié)和量子阱兩種結(jié)構(gòu)；其側(cè)向結(jié)構(gòu)有增益導(dǎo)引和環(huán)形掩埋異質(zhì)結(jié)之分。由于氧化工藝可以使單元器件的尺寸很小，達(dá)到對(duì)注入電流的限制作用，因此可以獲得閾值電流很小的陣列器件，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，陣列效果很好。韓國optowell公司發(fā)布了10G 4通道，12通道的VCSEL陣列芯片及對(duì)應(yīng)的接收端芯片。VCSEL采用的是線陣，4個(gè)的陣列長(zhǎng)度970um，12的陣列長(zhǎng)度2970um，體積小。采用擴(kuò)散方法，利用固體基底表面曲張，形成維透鏡陣列。Ended Connection Rods and ViaHoled Wav
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