光互連調(diào)研報告-展示頁
2024-08-17 23:44本頁面
【正文】 種光技術(shù)的成熟，光器件的研制成功，極大的推動了光互連技術(shù)的發(fā)展。電互連網(wǎng)絡(luò)帶寬小、時延大、高速電信號之間串?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，對新的互連技術(shù)的研究已經(jīng)迫在眉睫。從某種意義上講，導(dǎo)線便是低通濾波器，其有限帶寬會導(dǎo)致信號的嚴(yán)重失真，傳輸帶寬可提高的余地非常小。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很大的困難。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。工作頻率的提高，商業(yè)軟件工具對下一代產(chǎn)品的設(shè)計、驗證、布局布線、物理驗證的支持有限，系統(tǒng)的可制造性同樣面臨著挑戰(zhàn)。(2)電信號傳輸限制由于電信號傳輸過程中的衰減、反射、串?dāng)_、電源噪聲等因素，工作頻率的提高面臨著挑戰(zhàn)。電互連網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展主要受限于以下幾個方面[[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。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。目錄第一章 緒論 2 光互連簡介 2 電互連發(fā)展制約 2 光互連優(yōu)勢 2第二章 光互連發(fā)展情況 3 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 3 國外發(fā)展現(xiàn)狀 4第三章 光互連中的激光器與探測器 7 VCSEL 7 InGaAs 光電探測陣列探測器 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 光互連簡介光互連是相對于電互連而最近發(fā)展起來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。電互連傳輸帶寬小、時延大、高速信號之間串?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。 電互連發(fā)展制約 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的急劇增加，對高性能互連網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬、傳輸延時都有較高的要求。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。工作頻率的提高，使得數(shù)據(jù)的采樣窗口不斷減小，同時電纜上的衰減增加，影響了有效帶寬的增大，系統(tǒng)的可靠性面臨挑戰(zhàn)。(3)物理封裝限制互連網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)需跨越多個層次，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，互連代價增大，密度減小，必然限制系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展。(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，二是提高信號頻率。提高信號的頻率，傳輸線上將消耗更多的能量，傳輸線之間的串?dāng)_也將增加，使得信號的傳輸距離縮短。隨著高性能計算機(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。 光互連優(yōu)勢光互連具有帶寬高、功耗小、可并行等優(yōu)點(diǎn)。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)展受限的問題。隨著信號頻率的增大，光互連技術(shù)相對與電互連技術(shù)的優(yōu)勢顯得越來月明顯。第二章 光互連發(fā)展情況 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國內(nèi)目前只有華中科技大學(xué)和國防科技大學(xué)從事過這方面的研究。（羅風(fēng)光）[2]文中[] 提出了一種新的光耦合結(jié)構(gòu)，并在理論上驗證了這種耦合結(jié)構(gòu)的損耗較小。不過這里采用的波導(dǎo)是光纖帶狀線。 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)級別的增長。光傳輸則具有低損耗、高帶寬、大容量、無串?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互連瓶頸的一個有效方法[[] 張金星. 基于光波導(dǎo)互連的EOPCB的研究. 華中科技大學(xué). 2010]。下面介紹這幾個國家的研究情況。2005 年提出了第一個光互連原型；2007年利用級聯(lián)微環(huán)振蕩器研發(fā)出硅芯片超壓縮光緩沖區(qū)；2008 年鋪開了許多項目，以開發(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. ]。模組如圖1所示。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 。圖2顯示的是IBM在研究中關(guān)于EOPCB的發(fā)展過程。但要實(shí)現(xiàn)完全的光互連還需要不斷研究。斜面。2012年9月，PECST發(fā)布了可在1 cm2 的硅芯片上集成 526 個數(shù)據(jù)傳輸速度為 的光收發(fā)器技術(shù)。目前， PECST 的研究還在持續(xù)推進(jìn)中。波導(dǎo)端面，而是多層90176。圖5 多層90176。端面上進(jìn)行耦合。并行高速光電轉(zhuǎn)換器常采用 850 nm 短波長InGaAs 光電探測陣列探測器. 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。 氧化物隔離VCSEL器列陣件在陣列器件的工藝中，首先采用化學(xué)濕法腐蝕在GaAs表面形成1010臺面結(jié)構(gòu)露出接近上限制層的高Al組分的A1xGa 層，之后把外延片放八涅氮?dú)?N2)環(huán)境4250c條件下氧化8分鐘『最后沉積5個周期的高反射率的Znse．caF上DBR
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