iFOC 2023回顾 | 京东云陈琤：光互连聚焦硅光、CPO、线性及相干光学

  ICC讯 近日，在第21届讯石光纤通讯市场暨技术专题研讨会（iFOC 2023）上, 京东云光网络架构师陈琤发表了《数据中心光互连热点》报告，概述高速光互联技术的特点和发展现状，结合数据中心网络的应用情况，介绍当前数通领域热门光通信技术进展，并探讨其应用前景。

  当前数据中心光互连热点主要包括硅光子、共封装光学、线性光学和相干光学。其中，硅光的优势主要在材料优势和工艺优势两个方面，在材料上，Si折射率为3.48，SiO2折射率为1.44，两者折射率对比度0.41。硅基光子技术的壁垒相对于传统的三五族分立器件要更低，是国产技术弯道超车的捷径。

  经过近十年的发展，用于数据中心的硅基光子技术已经有了基本的框架模式。我们知道硅光的优势是大规模集成和高速调制，所以虽然在100G\200G时代就已经有相应产品，但是占整体市场份额很小。根据现在接触到的产品情况，在400G QDD和Q112，是一个很好的切入机会，京东云也在有倾向性的去验证硅光产品的性能和整体情况。当端口速率来到800G，硅光产品的性能和价格优势将得到充分发挥。

  在共封装光学方面，首先是应用需求，目前交换机的交换容量已经发展到25.6T以及即将到来的51.2T，Serdes速率即将达到112Gbps。传统的可插拔式的光模块，需要在交换机内将switch芯片的高速电信号连接到面板上，高速电信号在PCB上传输的过程中受介质损耗和趋肤效应的影响，速率越高信号质量劣化现象越严重，传输的距离也就越受限。那么这个时候光电合封就成为解决高速高密度光互连的最有前景的解决方案。有了需求，再看看技术的实现，这些年以硅光为代表的光子集成技术有了长足的积累和发展，使得大规模的光电集成越来越具备产业化条件。

  简单点讲，光电合封就是将光的转换收发单元与交换芯片离得更近，用光信号链路取代了部分的电信号链路。短的电信号链接带来高level的信号完整性以及低功耗。那么究竟多高的速率下行业才不得不使用光电合封技术呢？但是CPO也面临着诸多挑战：可靠性：因为是不可热插拔的内置结构，要求光电合封的可靠性要比光模块的可靠性高一到两个数量级，才能保障整个系统的可用性。另外，大规模的光电集成还会带来高密度光纤连接的管理问题，散热管理问题以及封装测试的良率问题。所以要真正将光电合封技术投入实际使用，还需要产业界进一步的技术完善和规范。

  在线性光学方面，当serdes速率来到56G PAM4，产业界开始采用DSP对信号进行再生和信号完整性补偿。接收端光信号经过光纤传输劣化后，需要对信号进行放大和模数转换，再定时和信号预整形，从而得到理想的数字信号。发送端接收到Host过来的电信号后，先对数字信号进行均衡处理，然后再定时和进行数模转换，最后模拟电平调制到光输出信号。

  但是其实host侧的serdes芯片其实也是具备对信号进行补偿的作用的。

  所以产业界提出，将光模块内的DSP芯片去掉，只是用直接驱动激光器的Driver和接收端TIA，而将回复信号的任务大部分都交给host。这样也就是所谓的线性直驱。

  最后，在相干光学方面，随着业务对连接带宽的需求越来越高，可以从三个方向去提升单端口带宽，波特率、通道数、调制阶数，前两者都有极限，对高调制阶数的追求必然采用相干调制，调制阶数越高越逼近香农极限，高的调制阶数对DSP的信噪比处理能力也越高。相干光子的发展方向，一个是提升频谱效率，另一个是拓展频带，而相干光模块降成本关键则是提高驱动性能和调制器电光效率。