昆明三維光子芯片與多芯MT-FA光接口

三維光子芯片多芯MT-FA光傳輸架構(gòu)通過立體集成技術，將多芯光纖陣列（MT-FA）與三維光子芯片深度融合，構(gòu)建出高密度、低能耗的光互連系統(tǒng)。該架構(gòu)的重要在于利用MT-FA組件的精密研磨工藝與陣列排布特性，實現(xiàn)多路光信號的并行傳輸。例如，采用42.5°全反射端面設計的MT-FA，可通過低損耗MT插芯將光纖陣列與光子芯片上的波導結(jié)構(gòu)精確耦合，使12芯或24芯光纖在毫米級空間內(nèi)完成光路對接。這種設計不僅解決了傳統(tǒng)二維平面布局中通道密度受限的問題，還通過垂直堆疊的光子層與電子層，將發(fā)射器與接收器單元組織成多波導總線，每個總線支持四個波長通道的單獨傳輸。實驗數(shù)據(jù)顯示，基于三維集成的80通道光傳輸系統(tǒng)，在20個波導總線的配置下，發(fā)射器單元只消耗50fJ/bit能量，接收器單元在-24.85dBm光功率下實現(xiàn)70fJ/bit的低功耗運行，較傳統(tǒng)可插拔光模塊能耗降低60%以上。三維光子互連芯片的光子傳輸不受電磁干擾，為敏感數(shù)據(jù)的傳輸提供了更安全的保障。昆明三維光子芯片與多芯MT-FA光接口

在工藝實現(xiàn)層面，三維光子互連芯片的多芯MT-FA封裝需攻克多重技術挑戰(zhàn)。光纖陣列的制備涉及高精度V槽加工與紫外膠固化工藝，采用新型Hybrid353ND系列膠水可同時實現(xiàn)UV定位與結(jié)構(gòu)粘接，簡化流程并降低應力。芯片堆疊環(huán)節(jié)，通過混合鍵合技術將光子芯片與CMOS驅(qū)動層直接鍵合，鍵合間距突破至10μm以下，較傳統(tǒng)焊料凸點提升5倍集成度。熱管理方面，針對三維堆疊的散熱難題，研發(fā)團隊開發(fā)了微流體冷卻通道與導熱硅中介層復合結(jié)構(gòu)，使1.6T光模塊在滿負荷運行時的結(jié)溫控制在85℃以內(nèi)，較空氣冷卻方案降溫效率提升40%。此外，為適配CPO（共封裝光學）架構(gòu)，MT-FA組件的端面角度和通道間距可定制化調(diào)整，支持從100G到1.6T的全速率覆蓋，其低插損特性（單通道損耗<0.2dB）確保了光信號在超長距離傳輸中的完整性。隨著AI大模型參數(shù)規(guī)模突破萬億級，該技術有望成為下一代數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的重要解決方案，推動光通信向光子集成+電子協(xié)同的異構(gòu)計算范式演進。湖南三維光子互連多芯MT-FA光連接器虛擬現(xiàn)實設備中，三維光子互連芯片實現(xiàn)高清圖像數(shù)據(jù)的實時快速傳輸。

多芯MT-FA光組件在三維芯片集成中扮演著連接光信號與電信號的重要橋梁角色。三維芯片通過硅通孔（TSV）技術實現(xiàn)邏輯、存儲、傳感器等異質(zhì)芯片的垂直堆疊，其層間互聯(lián)密度較傳統(tǒng)二維封裝提升數(shù)倍，但隨之而來的信號傳輸瓶頸成為制約系統(tǒng)性能的關鍵因素。多芯MT-FA組件憑借其高密度光纖陣列與精密研磨工藝，成為解決這一問題的關鍵技術。其通過陣列排布技術將多路光信號并行耦合至TSV層，單組件可集成8至24芯光纖，配合42.5°全反射端面設計，使光信號在垂直堆疊結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)90°轉(zhuǎn)向傳輸，直接對接堆疊層中的光電轉(zhuǎn)換模塊。例如，在HBM存儲器與GPU的3D集成方案中，MT-FA組件可同時承載12路高速光信號，將傳統(tǒng)引線鍵合的信號傳輸距離從毫米級縮短至微米級，使數(shù)據(jù)吞吐量提升3倍以上，同時降低50%的功耗。這種集成方式不僅突破了二維封裝的物理限制，更通過光信號的低損耗特性解決了三維堆疊中的信號衰減問題，為高帶寬內(nèi)存（HBM）與邏輯芯片的近存計算架構(gòu)提供了可靠的光互連解決方案。

三維光子芯片的研發(fā)正推動光互連技術向更高集成度與更低能耗方向突破。傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)依賴鏡片、晶體等分立器件實現(xiàn)光路調(diào)控，而三維光子芯片通過飛秒激光加工技術在微納米尺度構(gòu)建復雜波導結(jié)構(gòu)，將光信號產(chǎn)生、復用與交換功能集成于單一芯片。例如，基于軌道角動量（OAM）模式的三維光子芯片，可在芯片內(nèi)部實現(xiàn)多路信號的空分復用（SDM），通過溝槽波導設計完成OAM模式的產(chǎn)生、解復用及交換。實驗數(shù)據(jù)顯示，該芯片輸出的OAM模式相位純度超過92%，且偏振態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)異，雙折射效應極低。這種設計不僅突破了傳統(tǒng)復用方式（如波長、偏振）的容量限制，更通過片上集成大幅降低了系統(tǒng)復雜度與功耗。在芯片間光互連場景中，三維光子芯片與單模光纖耦合后，可實現(xiàn)兩路OAM模式復用傳輸，串擾低于-14.1dB，光信噪比（OSNR）代價在誤碼率3.8×10?3時分別小于1.3dB和3.5dB，驗證了其作為下一代光互連重要器件的潛力。三維光子互連芯片通過優(yōu)化光路設計，減少信號串擾以提升傳輸質(zhì)量。

多芯MT-FA光組件的三維芯片互連標準正成為光通信與集成電路交叉領域的關鍵技術規(guī)范。其重要在于通過高精度三維互連架構(gòu)，實現(xiàn)多通道光信號與電信號的協(xié)同傳輸。在物理結(jié)構(gòu)層面，該標準要求MT-FA組件的端面研磨角度需精確控制在42.5°±0.5°范圍內(nèi)，以確保全反射條件下光信號的低損耗耦合。配合低損耗MT插芯與亞微米級V槽定位技術，單通道插損可控制在0.2dB以下，通道間距誤差不超過±0.5μm。這種設計使得800G光模塊中16通道并行傳輸?shù)拇當_抑制比達到45dB以上，滿足AI算力集群對數(shù)據(jù)傳輸完整性的嚴苛要求。三維互連的垂直維度則依賴硅通孔（TSV）或玻璃通孔（TGV）技術，其中TSV直徑已從10μm向1μm量級突破，深寬比提升至20:1，配合原子層沉積（ALD）工藝形成的共形絕緣層，有效解決了微孔電鍍填充的均勻性問題。實驗數(shù)據(jù)顯示，采用0.9μm間距TSV陣列的芯片堆疊，互連密度較傳統(tǒng)方案提升3個數(shù)量級，通信速度突破10Tbps，能源效率優(yōu)化至20倍，為高密度計算提供了物理層支撐。三維光子互連芯片突破傳統(tǒng)布線限制，為高密度數(shù)據(jù)傳輸提供全新技術路徑。昆明三維光子芯片與多芯MT-FA光接口

通過使用三維光子互連芯片，企業(yè)可以構(gòu)建更加高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。昆明三維光子芯片與多芯MT-FA光接口

三維集成技術對MT-FA組件的性能優(yōu)化體現(xiàn)在多維度協(xié)同創(chuàng)新上。首先，在空間利用率方面，三維堆疊結(jié)構(gòu)使光模塊內(nèi)部布線密度提升3倍以上，單模塊可支持的光通道數(shù)從16路擴展至48路，直接推動數(shù)據(jù)中心機架級算力密度提升。其次，通過引入飛秒激光直寫技術，可在三維集成基板上直接加工復雜光波導結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)MT-FA陣列與透鏡陣列、隔離器等組件的一體化集成，減少傳統(tǒng)方案中分立器件的對接損耗。例如，在相干光通信場景中，三維集成的保偏MT-FA陣列可將偏振態(tài)保持誤差控制在0.1°以內(nèi)，明顯提升相干接收機的信噪比。此外，該方案通過優(yōu)化熱管理設計，采用微熱管與高導熱材料復合結(jié)構(gòu)，使MT-FA組件在85℃高溫環(huán)境下仍能保持通道間功率差異小于0.5dB，滿足AI算力中心7×24小時連續(xù)運行需求。從系統(tǒng)成本角度看，三維集成方案通過減少光模塊內(nèi)部連接器數(shù)量，可使單通道傳輸成本降低40%，為大規(guī)模AI基礎設施部署提供經(jīng)濟性支撐。昆明三維光子芯片與多芯MT-FA光接口