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2021/4/9 09:44

康宁房毅:密集光学连接演进需实现四大创新要求

C114通信网  颜翊

C114讯 4月9日消息(颜翊)日前在中国国际光电博览会联合C114通信网举办的“硅光集成与数据中心应用研讨会”上,康宁光通信中国应用工程/市场开发总监房毅带来了《联合封装中的高级光学连接》的主题演讲,先容了如何更好实现集成光学系统中的高级光学连接。

房毅表示,数据中心交换能力的不断提升,不仅带来了对光纤需求以及端口需求的增长,也给集成光学带来了新机遇。当端口速率提高至800G b/s TRX以上时,传统的可插拔式光模块暴露出局限性,需要演进到集成光学。随着未来面临技术的发展和更高的需求,集成光学技术还将演进至第二代甚至更加高级的阶段。

目前,可插拔式光模块的优势在于确立了良好的规格形式、模块化的插拔方式使用方便、有着 “简单明确”的光学I/O。但是当随着交换能力或出口带宽提升,可插拔式光模块需要过渡到集成光学从而增加了大量的内部光纤和光连接。因此,带来了更多的光纤耦合,线缆连接、光纤缠绕和管理等诸多挑战。

房毅指出,联合封装光系统(CPO)带来日益增长的密集光学连接、创新要求跨越了光连接解决方案的所有部件,包括光纤-芯片耦合、特殊光纤、光纤管理、面板光连接系统。

在光纤-芯片耦合密度方面,在有限的空间中实现大量芯片光纤的耦合是个非常有挑战的问题。举例来说,以51.2T交换机ASIC芯片为例,如果采用DR4并行光学架构设计,由于空间尺寸所限目前标准的光纤将无法实现耦合需求。如果FR4架构则标准的光纤可以适用,但需要减小光纤尺寸,另一方面,在耦合时,必须使用交错堆叠的方式。除此以外,由于芯片光纤耦合中,有些是单模光纤,有些是保偏光纤、光纤需要具备非常精确的同心度,保证耦合效果。

由于光纤数量增加,需要通过降低包层直径来增加密度。传统的250µm光纤即使除去二次被覆层,对于集成光学而言直径也是比较大的,因此,把光纤包层降低至60-80µm,可在保持高可靠性的同时更贴合光纤尺寸,也实现较低的材料成本和重量。与此同时,也需要关注由此可能带来的挑战,如需要兼容传统的125/250µm生态系统,通过光纤和包层的设计来缓解其较高的微米级敏感弯曲和更细的二次被覆层带来的抗刺穿和破损性能下降等。所以,这使得光纤阵列单元的间距从250µm 、127µm、向84µm演变和弯曲耦合时实现更小的光纤阵列外形以及较好的热膨胀系数,匹配硅材料。

在光纤的管理中,光纤的冗余、路径和盘绕以及如何操作和可维护性等带来的挑战都需要进行考量。康宁将不同的光纤类型针对不同的应用环境进行了简单分析对比,得出的结论是,传统的标准带状光纤可实现较低的成本、更易于端接/成端以及自由交叉布局,而含束管柔性带状光纤的优势则是可带来更高的坚固性、较小的弯曲一致性。

在前端面板的连接中,由于交换能力和内部光纤的增加,面板光纤输出连接器随之大量增加。以目前的LC连接器为例,51.2Tb/s交换机的能力时FR4需要2U的空间,DR4则需要4U的空间。目前高密度光纤连接器 MPO为24芯, 32芯版本可以选用但是插损较高。房毅先容,对于未来的创新解决方案,16芯MDC形式可实现容量提升数倍,在1U的空间中通过16芯的MDC连接器在16个面板中每个插孔用4个连接器实现1U空间内16x4x16,共1024芯光纤的高密度连接。

房毅希望,未来集成光学技术能够通过光-电玻璃基板来降低复杂性,离子交换 (IOX)实现高密度 (50 µm pitch) 波导、以及更低的耦合损耗和传输损耗来实现更高性能的集成光学,相对于传统PCBs,可以有效改善热膨胀系数(CTE)以及平坦度特性等。目前康宁正在致力于这些新技术的研发,如玻璃中介层,多芯片模块,光回路板等都在发展过程中。

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