シリコンフォトニクス（SiPh）光トランシーバ：Q&A

光モジュールは、光通信ネットワークの重要な部分です。 これは、キャリアとしてのレーザーと伝送媒体としての光ファイバーを備えたアクティブな光デバイスです。 そのコア機能は、光電変換を実現することです。 現在、従来の光モジュールは、主にIII-V半導体チップ、高速回路シリコンチップ、光部品、およびその他のデバイスによってパッケージ化されており、本質的に「電気的相互接続」に属しています。 トランジスタの加工サイズが徐々に縮小するにつれて、電気的相互接続は徐々に伝送のボトルネックに直面するようになるため、シリコンフォトニクス技術が生まれました。

1.とは sイリコン pフォトニクス光トランシーバー？

シリコンフォトニクストランシーバとは、簡単に言えば、シリコンフォトニクス技術を用いてシリコンチップ上に光電変換と伝送を一体化したものです。 シリコン光技術の核となる考え方は、「電気を光に置き換える」、つまり、電気信号の代わりにレーザー光を使用してデータを送信し、光デバイスと電子部品を独立したマイクロチップに統合することです。

シリコンフォトニクスは、低消費電力、高集積化、高速化という特徴を持ち、ポストムーア時代の重要な光通信技術です。 インテルのシリコン フォトニクス産業開発計画によると、シリコン光モジュール産業は急速な発展期に入っています。 2022 年には、シリコン フォトニクス技術は、XNUMX 秒あたりのピーク速度、エネルギー消費、およびコストの点で、従来の光モジュールを包括的に凌駕します。

市場調査会社であるLightCountingのデータによると、光デバイス業界を変えるシリコンフォトニクス技術のターニングポイントが到来しました。 2025年には、シリコンフォトニクス光モジュールの市場規模は6億ドル近くになり、シェアは14- 2018年の2019％から45年には2025％に増加します。今後XNUMX年間で、市場はXNUMX桁の成長を達成します。 。

2。 何ですか？ 賛否両論 sイリコン pフォトニクス光トランシーバー？

シリコンフォトニクストランシーバーの利点：

一般に、シリコンフォトニクス技術には、低消費電力、高集積、高伝送帯域幅という XNUMX つの利点があります。

• 従来のディスクリート デバイスと比較して、シリコン フォトニクス テクノロジによる光モジュールは、CMOS 製造プロセスに基づいています。 エッチング プロセスは、シリコン基板に使用して、迅速に処理し、体積を大幅に削減し、材料コスト、チップ コスト、パッケージング コストをさらに最適化することができます。 同時に、シリコンオプティカルテクノロジーは、ウェーハテストなどの方法でバッチテストを実行でき、テスト効率が大幅に向上します。

400G DR4 シリコンフォトニクス光トランシーバー図

• シリコンフォトニクス技術は、電子信号の代わりにレーザービームを使用してデータを送信し、光デバイスと電子部品を別のマイクロチップに統合し、シリコンチップ上の情報伝達媒体として銅線を光に置き換えて、チップ間の速度を向上させます接続。
• 銅線を介して電気信号を送信するシステムと比較して、光通信ベースのシステムは、光ファイバー回線を介して光信号を送信し、データをより高速かつ効率的にします。 また、高度な光変調フォーマットとコヒーレント検出技術により、スペクトル効率が向上します。 チップからローカルエリアネットワーク（LAN）およびワイドエリアネットワーク（WAN）までのシリコンオプティカルのカバレッジは、100kmの伝送距離を超える可能性があります。

シリコンフォトニクストランシーバーのデメリット：

シリコンフォトニクストランシーバーの挿入損失が大きいため、短距離伝送でのみ十分な信頼性を維持できます。 そのため、シリコンフォトニクス技術では、アクティブな機能デバイス（光源と光増幅器）の統合を短期間で実現することは困難であり、大規模な商業化には依然として障害があります。

光モジュール、特に高速光モジュールは、通信ネットワーク機器のコストの50％〜60％を占めています。 光モジュールの選択とコストは、ネットワークの全体的な構築コストに直接影響します。 光モジュールの高コストは、光通信の開発を妨げる重要な問題になっています。 光モジュールのコストでは、40％が光チップであり、そのうち約20％がレーザーです。 レーザーのコストを3/4削減すれば、全体のコストを15％削減でき、人件費と部品コストの一部を同時に削減できます。

光モジュールの主なレーザーの種類は、VCSEL、FP、DFB、DML、および EML です。 レーザーの種類が異なれば、動作波長、モード、およびアプリケーション環境も異なります。 現在、光集積商用製品の技術ルートは、主にInPとSiに分かれています。 その中でもDFB、DML、EMLなどのレーザーはInP系です。 技術は比較的成熟していますが、コストが高く、CMOS プロセス (集積回路プロセス) と互換性がありません。 ただし、Siタイプのシリコン光デバイスは、COMSプロセスを採用して、パッシブオプトエレクトロニクスデバイスと集積回路のモノリシック統合を実現します。これは、大規模に統合でき、高密度と低コストの利点があります。 しかし、欠点があります。シリコン フォトニクス チップは CMOS プロセスと互換性がありますが、製品歩留まりがシリコン フォトニクス トランシーバーの大量生産を妨げています。

3. 応用分野と市場とは Sイリコン Photonics 光トランシーバー?

現在出荷されているシリコンフォトニクス光モジュール製品には、短距離データセンター光モジュールと中距離および長距離テレコムコヒーレント光モジュールの100つの主要なカテゴリがあります。 4G短距離CWDM100および400G中距離および長距離コヒーレント光モジュールでは、シリコンオプティカルにはコスト上の利点がほとんどありません。 ただし、レートが400Gを超えるシナリオでは、従来のDMLレーザーとEMLレーザーのコストが高くなりますが、シリコンフォトニクストランシーバーは、マルチチャネルレーザー、変調器、マルチチャネル検出器などの光/電気チップをシリコンフォトニクスに統合します。チップは、ボリュームを大幅に削減し、明らかなコスト上の利点があります。 したがって、シリコンフォトニクス技術は主に800GまたはXNUMXGの伝送速度で使用されます。

400G DR4 – 400G シリコンフォトニックの基本形s モジュール：

400G QSFP-DD DR4 は、400G QSFP-DD（Quad Small Form Factor Pluggable-倍密度）フォームファクタの400Gイーサネットデータセンター相互接続用に設計された光トランシーバモジュールです。 送信機側では、このDR4モジュールは8チャネルの50Gb / s（PAM4）電気信号を4チャネルの並列光出力データに変換します。各チャネルは100Gblsの総帯域幅で400Gb / sのデータレートが可能です。 受信機側では、光トランシーバーは、各レーンが4Gbp / sのパラレル光データの100レーンを、合計400Gbp / sに変換して、8Gb / sPAM50電気出力信号の4レーンをサポートします。

400G QSFP-DD DR4ファイバーモジュールは、MPO-12コネクタを備えたSMF（シングルモードファイバー）を介した伝送を実現します。 500nmの中心波長で1310メートルの最大伝送距離をサポートします。 この製品は、QSFP-DDマルチソースアグリーメント（MSA）に準拠したデジタル診断機能を使用して設計されています。

現在、シリコンフォトニクス製品の最も重要なアプリケーションは依然としてデータセンターであり、400Gシリコンフォトニクストランシーバーは2020年の少量出荷から2021年の大量出荷に移行し始めています。シリコンフォトニクストランシーバーの将来は有望です。