重要进展｜首款 2Tb/s 三维集成硅光芯粒成功出样

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，将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。

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了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。

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。

2Tb/s 硅基3D集成光发射芯粒

2Tb/s 硅基3D集成光接收芯粒

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

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。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。