半导体集成电路光互连：共封装收发器系统架构和技术要求

  ICC讯 近日，中国电子工业标准化技术协会发表《半导体集成电路光互联接口技术要求》团体标准文件，该文件由中国计算机互联技术联盟CPO标准工作组和中国电子技术标准化研究院提出，起草单位包括中国电子技术标准化研究院、立讯技术、卓昱光子、旭创科技、海信宽带、易锐光电、奥雷光电、波亿光电(POET)、赛勒科技等16家行业单位。

  该标准文件界定了交换机与服务器中所使用的共封装收发器系统架构， 规定了与共封装光收发器相关的交换机与服务器网络接口卡的总体布局、光学特性、电学特性、数字管理接口、机械结构等技术要求。适用于采用共封装收发器(co-packaged optics，CPO)技术的微电子芯片光互连接口。

  基于共封装收发器的数据中心光互连系统架构

  数据中心主要包括数据通信产品 (交换机) 及服务器产品， 在服务器和交换机之间通常采用光互连。基于共封装收发器的光互连系统描述如下。

  交换机侧规格为1.6Tb/s，并采用共封装收发器技术，以800G芯片组为基本单元，其中16个共封装收发器靠近ASIC，适用于25.6Tb/s交换机产品。

  交换机侧共封装收发器包含两种技术路线实现，一种使用800G-DR8基本单元，另一种使用800G-2×FR4基本单元，均采用单芯片方案。同时，考虑未来共封装收发器技术的演进和连接规格一致性，也定义了服务器侧400G共封装收发器的技术规范，以400G芯片组为基本架构单元，可用于服务器网络接口卡，其中2个共封装收发器近网络接口卡上的网络控制芯片，见图1。

  交换机侧1.6Tb/s共封装收发器是25.6Tb/s交换机的核心组件。收发器模块通过光连接向交换机芯片提供光I/O并被转换为短距离电接口。 交换机侧1.6Tb/s与服务器侧400Gb/s收发器模块内部构成见图2、图3。

  交换机侧1.6Tb/s收发器模块与服务器侧400Gb/s收发器模块均包括DSP芯片或CDR芯片、 调制器驱动器(Driver)芯片、TIA芯片、光发射和接收芯片。收发器模块使用ELS来提供高光功率光源确保激光器的可靠性。

  在1.6Tb/s速率下，交换机和共封装收发器之间维持2个速率为800Gb/s的收发电通道，即交换机芯片的MAC组件速率实现最高为800Gb/s。交换机芯片的SerDes电接口发送和接收采用16×112Gb/s XSR电信号。收发器中的驱动和放大电路以及光收发通道在本文件中并未限制实现方式，其具体实现方式可为2×800Gb/s或4×400Gb/s,收发链路组件规格应符合表1的规定;如遇集成DSP芯片的情况，则DSP支持速率采用2×800Gb/s。 收发器线路侧发送和接收速率规格采用2个800Gb/s的收发光通道， 其中每个800Gb/s的收发光通道的实现方式可采用2×FR4或DR8技术实现。

  对于2×FR4实现该模块需包含MUX和DEMUX组件，见下表1。下文中在讨论收发器的光学特性时，结合现有标准的公开情况，400G-DR4规格应符合IEEEP802.3bs?‐2017，400G-FR4规格应符合IEEE Std 802.3cu?‐2021。

  表 1 两种应用场景下的共封装收发器收发链路组件规格选择

  标准文件下载：https://www.ccita.net/standard/agree/