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160Gbps光學收發器彈指間下載高解析電影

上網時間: 2007年06月19日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:光電  光收發器 

IBM公司正逐步解決光電領域中最棘手的挑戰:利用光速準確地傳送數據至電氣介面。在最近於美國加州舉行的光纖通訊會議上,IBM公開了初步成果。該公司的科學家們在會中提出了一款數據傳輸速率為160Gbps的光學收發器晶片組原型,比現有的光學元件快了八倍。

“該收發器的速度相當快,它能使一部標準高解析電影的下載時間由30分鐘或更長縮短到一秒鐘!”IBM公司T.J. Watson研發中心光通訊部門資深經理Marc Taubenblatt表示。

IBM公司的最終目標是將該技術整合於小型PCB上,以便將元件組裝到PC或視訊轉換盒中。為了最小化成本,IBM研究人員利用通用的CMOS技術建構了一款具備驅動器和接收器晶片的光學收發器,並將其與III-IV族化合物(磷化銦以及砷化鎵)形成的光學元件進行耦合。整個封裝面積為3.25×5.25mm。

該項研究是美國國防部先進研究計劃署(DARPA)‘晶片間光學互連計劃’的一部份。最初,該計劃一直與安捷倫實驗室合作,直到安捷倫科技公司賣掉了半導體產品事業部門。

“我們正與幾家公司合作,將計劃推至下一階段,即系統測試階段,”Taubenblatt表示,“其中一項挑戰是開發一塊具有完整性的PCB,用以解決16個光學通道與電子電路在配合時的可靠性問題,並讓該PCB實現量產。”他預計,至少在五至六年的時間內,研發人員還無法解決這一挑戰。

在大會上發表技術論文的一名研究小組資深研究員Clint Schow表示,在相同電路板的不同模組間,或是一個背板上不同電路板之間的平行光學鏈路,可確保同時最佳化多個關鍵性互連參數,如數據吞吐量、密度、功耗及延遲等。

“在Terabus計劃中,我們正透過整合光波導的電路板,來開發用於高速、高密度、低功耗的晶片內光學互連技術,”Schow表示。

Schow細數了該單晶片CMOS光學收發器所採用的Terabus技術關鍵:高速、低功耗CMOS類比放大器電路;高效、光電二極體以及波長為985奈米的垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)陣列;並且專門使用了覆晶封裝,以減少模組佔位面積和相關的封裝寄生效應。

“透過使其附加在一個以大量組裝製程實現密集型聚合波導通道的光電PCB上,這個收發器晶片組能實現低成本光學設計,”他表示。

該元件包含一個採用覆晶製程貼裝的4×4光電二極體,以及整合了背面透鏡(同時具備組裝校準特性)的VCSEL陣列。該陣列排列在25×350微米面積上,相鄰的行間距為62.5μm。這種佈局有利於在62.5μm間距內,將元件的2D陣列利用光耦合為波導的1D陣列,Schow說。

“我們希望降低成本,”Taubenblatt指出,“因此我們採用了CMOS製程。”該收發器晶片採用IBM的CMOS8RF-LM製程技術,這是一種具有八層金屬層的130nm製程技術,在獨立的4×4區塊中,包含了以陣列排列的16個獨立雷射二極體驅動器(LDD)電路和16個接收放大器(RX)電路。

“我們已經展示了LDD和RX電路的單通道版本,可執行速率高達17Gbps,”Taubenblatt透露。

為了克服晶片上功率分配網路中的串聯電阻消耗,以產生核心電路上的目標電壓,工程師必須針對為晶片供電的電壓源進行調整。目前,該晶片包括發射器與接收器在內的整體核心功耗為2.5瓦。

“針對下一階段的整合,我們正在尋找一種不同的焊接機制,而不是繼續採用目前通用的覆晶晶片焊料凸點法,”Taubenblatt說。該收發器的組裝方式是把光電陣列覆晶焊接到CMOS IC上;在測試方面,該模組利用帶透鏡的50微米多模光纖探棒來測試收發器通道的光學I/O,並利用平面微波探棒測試高速數據I/O。

Schow解釋道:“在15Gbps速率下,收發器晶片上的16個發射器所產生的光學眼圖都是明顯地‘張開’著。相較於大多數收發器額定的10Gbps速率而言,這些發射器的執行速率更高。”

針對收發器通道間串擾的初步研究顯示,由發射器到發射器、發射器到接收器,以及接收器至接收器間的串擾所導致的性能衰減,對於發射器或接收器整體性能的影響可以忽略不計。

作者:莫浩夫




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