思科新技术

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由杭州市会展集团、易贸汽车联合举办的2024光电合封CPO及异质集成前瞻技术展示交流会在业界同仁的鼎力支持下于9月27日在杭州隆重召开，继续携手半导体材料供应商、光芯片厂商、光器件厂商、光模块厂商、交换机、OSAT、系统集成商、散热解决方案商、测试&验证厂商、科研院所、数据中心运营商等上下游产业企业、科研机构、企业和政府部门代表等300余位与会专家，共同深入探讨硅基光电子异质集成技术及CPO的最新进展、应用实例和未来发展方向。

核心议题抢先预览 /key Topics

◆CPO技术的出发点和目标是否实现？

◆业界始终没有下定使用CPO决心的主要原因？

◆CPO对产业链的影响如何巨大？

◆AI算力集群对CPO有什么需求？

◆CPO技术标椎？

◆英特尔和思科如何针对CPO发展布局？

◆CPO技术发展所面临的挑战？

◆光I/O技术如何发展？

◆多材料的异质集成工艺如何发展？

◆CPO 和OIO技术的区别、应用和瓶颈？

◆光子集成技术在AI驱动的分布式算力集群架构中的应用？

◆CPO交换机发展机遇和如何落地？

◆薄膜铌酸锂光电芯片以及硅基异质集成？

围绕上述话题，由来自Lightcounting、中国计算机互连技术联盟（CCITA），无锡芯光互连技术研究院，中科院计算所、华中科技大学集成电路学院和武汉光电国家研究中心、北京大学电子学院、英特尔、中兴通讯、Cisco、北京邮电大学集成电路学院、苏州海光芯创光电、新华三、浙江大学光电科学与工程学院研究院等企业的技术领头人和产品专家为大家分享他们对行业的深刻解读。

精彩发言回顾

9月27日上午

光电合封CPO及异质集成技术专场

27号上午大会首先亮相的重磅演讲嘉宾由来自国际知名专业机构Lightcounting，分析师，曹丽女士以《CPO的发展与趋势分析》为主题进行精彩剖析。她首先回顾了CPO提出的目标和发展的情况，CPO提出的初衷主要是降低功耗，目标是超过30%,从这个方面看是达到了目标，并且这几年CPO技术也一直在进步。但是由于客户对可靠性和可维护性等问题的担心，以及可插拔技术路线的进步（单通道达到200Gb/s,LPO低功耗方案的提出）CPO的规模商用进程被往后推迟。但是CPO技术路线也没有放弃进一步努力。以博通为例,它在今年夏天的一次会议上视频演示了它的CPO生产流程，高度自动化生产和测试流程，有望将CPO的可靠性水平提高到符合期望。

另外一个机会点是AI带来的，这是该演讲的第二部分内容。曹丽介绍了AI发展的现状，以及从芯片到集群层面互联上存在的瓶颈。整体上来讲，从芯片内部Die to Die 互联，计算到存储单元互联，到XPU-XPU之间的互联上都有很大的改善空间，主要是在带宽密度和功耗效率方面。业界为了解决这些问题进行了创新，光IO是一个新方向。

光IO技术和CPO技术有差异但是也有共性，包括它们都使用硅光方案，以及需要高密度的封装技术。可以说Intel在做的OCI和Broadcom发布的芯片上的光IO，这些都是光电共封装的新形式。从这些方面看，这与可插拔模块也并不矛盾，可插拔模块使用硅光方案的比例也越来越高了。

最后曹丽分享了Lightcounting的几个相关预测数据，包括对CPO的预测以及硅光的预测等。Lightcounting对CPO/OIO的市场比较有信心，相信客户会逐渐开始尝试使用并促进技术到市场的成熟。

数据中心容量快速增长推动光模块速率持续增加，过去12年通信速率的增长需要推动着交换机带宽每两年翻一倍，光模块的带宽以及封装形式也持续保持演进。当前生成式AI的火热推动了大规模数据中心的建设，进而催生了高速光模块的海量需求。

随后出场的特邀嘉宾由来自中国计算机互连技术联盟（CCITA）秘书长，无锡芯光互连技术研究院院长，中科院计算所研究员，郝沁汾先生带来题目为《后摩尔时代的芯片级光互连技术与中国CPO技术标准》的精彩发言。

其首先表示传统光模块难以满足未来带宽和功耗的增长，光电共封装（CPO）应运而生，它是一种区别于传统基于可插拔光模块的封装技术，它是将光器件、驱动芯片与业务专用集成电路集成在同一封装基板上的光电融合技术。根据Yole预测，CPO预计在2030成为主导技术。随后其对我国原生CPO标准概况展开详细陈述，相较于其他标准组织，我国标准还制定了服务器侧网卡的光学引擎规格（400Gbps）等。

其指出CPO场景中未来可能都将采用线性直驱光学引擎方案，线性直驱标准已经完成立项拟制订统一的接口规格，而研究院正在牵头制订《线性直驱光模块互连技术要求》团体标准，标准已于2024年4月正式立项。其表示Switch、服务器都能在LPO中实现低BER互连，当前标准工作组正在与盛科/希烽/立讯/熹联/协同测试LPO模块，仍然需要更多模块厂商的参与。

随后其系统展开了对CPO技术发展所面临的挑战的深度剖析，首先其指出连接器生态是CPO大规模商用需要解决的最主要问题，CPO交换机需要克服巨大的散热挑战，仿真表明在5m/s的风速下, 16个CPO 模块 (2 x 800G optic transceiver chip), 交换芯片的温度可以达到 151.76℃。同时光电芯片合封需要解决不同材料间的热应力问题，光电合封过程的复杂性与材料特性导致还存在可靠性风险，例如PIC 多为SOI、III-V材料，硬度较低，脆性较强，合封过程PIC往往需要与多种材料接触，造成极大的可靠性风险。

然而适合CPO场景的光芯片组件有待成熟，偏振不敏感端面耦合器、超紧凑低功耗微环调制器、波导型PIN PD、SOI片上Mux/DeMux组件有待Foundry开发成熟PDK。目前大部分硅光芯片设计企业推出的产品仅适用于可插拔光模块，CPO场景对硅光器件的尺寸要求极为严格，然而这些器件流片仅被极少数硅光Foundry掌握，这依赖于新的设计和工艺来克服当前的技术挑战。

接着其指出CPO模块尺寸小需要更高集成度的光电子芯片设计，当前商用分立硅光芯片仍然难以满足CPO场景，依赖于Foundry和硅光芯片设计厂商的共同推动。倒装硅光光芯片有待成熟，倒装硅光芯片相较于WB硅光芯片在高集成度、尺寸小、顶部散热等方面具有显著的优势，然而硅光芯片中的TSV工艺仍存在挑战。其强调开发适配可插拔光学连接器的耦合封装工艺势在必行，CPO光学引擎缺乏统一的可插拔光纤连接器，这将对耦合工艺方案的开发提出了新挑战；单个CPO交换机的高通道数对耦合封装良率提出了极高要求。

最后其对现有工作做了详细介绍，包括1.6T CPO模块开发情况，其表示1.6T光学引擎，采用线性直驱技术，基于4×400G架构，单通道100Gbps速率，基于COB方案。其表示研究院目前在CPO技术开发上已具备全套技术开发能力。