銀川多芯MT-FA光組件三維芯片互連技術(shù)

三維光子集成技術(shù)為多芯MT-FA光收發(fā)組件的性能突破提供了關(guān)鍵路徑。傳統(tǒng)二維平面集成受限于光子與電子元件的橫向排列密度，導(dǎo)致通道數(shù)量和能效難以兼顧。而三維集成通過垂直堆疊光子芯片與CMOS電子芯片，結(jié)合銅柱凸點(diǎn)高密度鍵合工藝，實(shí)現(xiàn)了80個(gè)光子通道在0.15mm2面積內(nèi)的密集集成。這種結(jié)構(gòu)使發(fā)射器單元的電光轉(zhuǎn)換能耗降至50fJ/bit，接收器單元的光電轉(zhuǎn)換能耗只70fJ/bit，較早期二維系統(tǒng)降低超80%。多芯MT-FA組件作為三維集成中的重要光學(xué)接口，其42.5°精密研磨端面與低損耗MT插芯的組合，確保了多路光信號在垂直方向上的高效耦合。通過將透鏡陣列直接貼合于FA端面，光信號可精確匯聚至光電探測器陣列，既簡化了封裝流程，又將耦合損耗控制在0.2dB以下。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用三維集成的800G光模塊在持續(xù)運(yùn)行中，MT-FA組件的通道均勻性波動(dòng)小于0.1dB，滿足了AI算力集群對長期穩(wěn)定傳輸?shù)膰?yán)苛要求。邊緣計(jì)算設(shè)備升級，三維光子互連芯片推動(dòng)終端數(shù)據(jù)處理能力大幅提升。銀川多芯MT-FA光組件三維芯片互連技術(shù)

多芯MT-FA光組件在三維芯片架構(gòu)中扮演著連接物理層與數(shù)據(jù)傳輸層的重要角色。三維芯片通過硅通孔（TSV）技術(shù)實(shí)現(xiàn)晶片垂直堆疊，將邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)、傳感等異構(gòu)功能模塊集成于單一封裝體內(nèi)，但層間信號傳輸?shù)膸捙c延遲問題始終制約其性能釋放。多芯MT-FA光組件憑借其高密度光纖陣列與精密研磨工藝，成為突破這一瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。其采用低損耗MT插芯與特定角度端面全反射設(shè)計(jì)，可在1.6T及以上速率的光模塊中實(shí)現(xiàn)多通道并行光信號傳輸，通道數(shù)可達(dá)24芯甚至更高。例如，在三維堆疊的HBM存儲(chǔ)器與AI加速卡互聯(lián)場景中，MT-FA組件通過緊湊的并行連接方案，將全局互連長度縮短2-3個(gè)數(shù)量級，使層間數(shù)據(jù)傳輸延遲降低50%以上，同時(shí)功耗減少30%。這種物理層的光互聯(lián)能力，與三維芯片的TSV電氣互連形成互補(bǔ)，構(gòu)建起電-光-電混合傳輸架構(gòu)，既利用了TSV在短距離內(nèi)的低電阻優(yōu)勢，又通過光信號的長距離、低損耗特性解決了層間跨芯片通信的瓶頸。成都多芯MT-FA光組件三維芯片傳輸技術(shù)三維光子互連芯片的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，提升復(fù)雜結(jié)構(gòu)的光傳輸效率。

三維光子互連芯片在數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算（HPC）、人工智能（AI）等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。通過實(shí)現(xiàn)較低光信號損耗，可以明顯提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎托?，降低系統(tǒng)的功耗和噪聲，為這些領(lǐng)域的發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。然而，三維光子互連芯片的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如工藝復(fù)雜度高、成本高昂、可靠性問題等。因此，需要持續(xù)投入研發(fā)力量，不斷優(yōu)化技術(shù)方案，推動(dòng)三維光子互連芯片的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。實(shí)現(xiàn)較低光信號損耗是提升三維光子互連芯片整體性能的關(guān)鍵。通過先進(jìn)的光波導(dǎo)設(shè)計(jì)、高效的光信號復(fù)用技術(shù)、優(yōu)化的光子集成工藝以及創(chuàng)新的片上光緩存和光處理技術(shù)，可以明顯降低光信號在傳輸過程中的損耗，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎托省?/p>

從工藝實(shí)現(xiàn)層面看，多芯MT-FA的制造涉及超精密加工、光學(xué)鍍膜、材料科學(xué)等多學(xué)科交叉技術(shù)。其重要工藝包括：采用五軸聯(lián)動(dòng)金剛石車床對光纖陣列端面進(jìn)行42.5°非球面研磨，表面粗糙度需控制在Ra<5nm；通過紫外固化膠水實(shí)現(xiàn)光纖與V槽的亞微米級定位，膠水收縮率需低于0.1%以避免應(yīng)力導(dǎo)致的偏移；端面鍍制AR/HR增透膜，使1550nm波段反射率低于0.1%。在可靠性測試中，該連接器需通過85℃/85%RH高溫高濕試驗(yàn)、500次插拔循環(huán)測試以及-40℃至85℃溫度沖擊試驗(yàn)，確保在數(shù)據(jù)中心24小時(shí)不間斷運(yùn)行場景下的穩(wěn)定性。值得注意的是，多芯MT-FA的模塊化設(shè)計(jì)使其可兼容QSFP-DD、OSFP等主流光模塊接口標(biāo)準(zhǔn)，通過標(biāo)準(zhǔn)化插芯實(shí)現(xiàn)即插即用。隨著硅光集成技術(shù)的演進(jìn)，未來多芯MT-FA將向更高密度發(fā)展，例如采用空芯光纖技術(shù)可將通道數(shù)擴(kuò)展至72芯，同時(shí)通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)定制化端面結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低光子芯片的封裝復(fù)雜度。這種技術(shù)迭代不僅推動(dòng)了光通信向1.6T及以上速率邁進(jìn)，更為光子計(jì)算、量子通信等前沿領(lǐng)域提供了關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施支撐。通過三維光子互連芯片，可以構(gòu)建出高密度的光互連網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速傳輸與處理。

光子集成電路（Photonic Integrated Circuits, PICs）是將多個(gè)光子元件集成在一個(gè)芯片上的技術(shù)。三維設(shè)計(jì)在此領(lǐng)域的應(yīng)用，使得研究人員能夠在單個(gè)芯片上構(gòu)建多層光路網(wǎng)絡(luò)，明顯提升了集成密度和功能復(fù)雜性。例如，采用三維集成技術(shù)制造的硅基光子芯片，可以在極小的面積內(nèi)集成數(shù)百個(gè)光子元件，極大地提高了數(shù)據(jù)處理能力。在光纖通訊系統(tǒng)中，三維設(shè)計(jì)可以幫助優(yōu)化信號轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。通過使用三維封裝技術(shù)，可以將激光器、探測器以及其他無源元件緊密集成在一起，減少信號延遲并提高系統(tǒng)的整體效率。相比電子通信，三維光子互連芯片具有更低的功耗和更高的能效比。銀川多芯MT-FA光組件三維芯片互連技術(shù)

金融交易系統(tǒng)升級，三維光子互連芯片助力高頻交易數(shù)據(jù)的低延遲傳輸。銀川多芯MT-FA光組件三維芯片互連技術(shù)

該架構(gòu)的突破性在于通過三維混合鍵合技術(shù)，將光子芯片與CMOS電子芯片的連接密度提升至每平方毫米2304個(gè)鍵合點(diǎn)，采用15μm間距的銅柱凸點(diǎn)陣列實(shí)現(xiàn)電-光-電信號的無縫轉(zhuǎn)換。在光子層，基于硅基微環(huán)諧振器的調(diào)制器通過垂直p-n結(jié)設(shè)計(jì)，使每伏特電壓產(chǎn)生75pm的諧振頻移，配合低電容（17fF）的鍺光電二極管，實(shí)現(xiàn)光信號到電信號的高效轉(zhuǎn)換；在電子層，級聯(lián)配置的高速晶體管與反相器跨阻放大器（TIA）協(xié)同工作，消除光電二極管電流的直流偏移，同時(shí)通過主動(dòng)電感電路補(bǔ)償頻率限制。這種立體分層結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)在8Gb/s速率下保持誤碼率低于6×10??，且片上錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器顯示無錯(cuò)誤傳輸。實(shí)際應(yīng)用中，該架構(gòu)已驗(yàn)證在1.6T光模塊中支持200GPAM4信號傳輸，通過硅光封裝技術(shù)將組件尺寸縮小40%，功耗降低30%，滿足AI算力集群對高帶寬、低延遲的嚴(yán)苛需求。其多芯并行傳輸能力更使面板IO密度提升3倍以上，為下一代數(shù)據(jù)中心的光互連提供了可擴(kuò)展的解決方案。銀川多芯MT-FA光組件三維芯片互連技術(shù)