IBM酝酿160Gbps光学收发器，下载高清电影仅需1秒

gb936 · *发表于* 2007-6-28 22:57:51

IBM公司正在逐步解决光电领域中最棘手的挑战：利用光速向电气接口准确传送数据。在最近于美国加州举行的光纤通信会议上，IBM公开了自己已初步取得的成果：该公司的科学家们在会上进行了一个有关光学收发器芯片组的原型报告，该芯片组的数据传输速率为160Gbps，比现有光学器件快八倍。

“该收发器的速度相当快，它能把一部标准高清电影的下载时间由30分钟或更长缩小到一秒钟！”IBM公司T.J. Watson研发中心光通讯部高级经理Marc Taubenblatt表示。

IBM的最终目标，是将该技术集成到小型PCB上，以便将其组装到PC或机顶盒中。为了实现成本最小化，IBM研究人员利用普通CMOS工艺制造了一款带驱动器和接收器芯片的光学收发器，并将其与III-IV族化合物(磷化铟以及砷化镓)形成的光学器件进行结合。完整的封装面积为3.25×5.25mm。

该项研究是美国国防高级研究计划署(DARPA)的“芯片间光学互连项目”的一部分。最初，该项目一直在与安捷伦实验室合作，直到安捷伦科技公司卖掉了其半导体产品部。

“我们正在与几家公司合作，将项目推进至下一阶段，即系统测试阶段。”Taubenblatt表示，“其中一项挑战是开发一块具有完整性的PCB，要能经受16个光学通道与电子电路密切配合所带来的可靠性问题，并且该PCB还要实现量产。”他预计，至少在五至六年的时间内，研发人员还无法解决这一挑战。

该研究小组资深研究员Clint Schow在会上提交的技术文件显示，相同PCB上的不同模块或同一背板上的不同PCB间的并行光链路，可以保证同时优化多个关键的互连参数：数据吞吐量、密度、功耗，以及延迟等。

“在Terabus项目中，我们正在采用集成光波导的PCB，来开发用于高速、高密度、低功耗的芯片内光学互连技术。”Schow表示。

Schow细数了该单芯片CMOS光学收发器所采用的Terabus技术关键点：高速、低功耗CMOS模拟放大器电路；高效、光电二极管以及波长为985纳米的垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列；使用独特的倒装芯片封装，减少了模块占位面积和相关的封装寄生效应。

“通过附着在光电PCB上，该款收发器芯片组能实现低成本光学。该PCB上有采用大规模组装工艺实现的密集型聚合波导通道。”他表示。

该器件包括一个采用倒装工艺附着在其上的4×4光电二极管，以及具有集成后透镜(也有组装校准特性)的VCSEL阵列。该阵列排布在25×350微米的面积上，相邻行之间有62.5微米的空隙。这种布局有利于在62.5微米间距内，将器件的2-D阵列光耦合为波导的1-D阵列，Schow说。

“我们希望降低成本。”Taubenblatt指出，“因此我们采用了普通CMOS工艺。”该收发器芯片采用IBM的CMOS8RF-LM工艺，这是一种具有八层金属层的130nm工艺技术。该收发器包括16个独立的激光二极管驱动器(LDD)电路和16个接收器放大器(RX)电路，以4×4阵列单独排列。

“我们已经展示了LDD和RX电路的单通道版本，可运行数率高达17Gbps。”Taubenblatt透露。

为了克服片上“功率分配网络”中的串联电阻消耗，从而产生核心电路上的目标电压，工程师需要对向芯片供电的电压源进行调整。目前，该芯片包括发射器与接收器在内的总体核心消耗为2.5瓦。

“针对下一个集成阶段，我们正在寻找一种不同的焊接机制，而不是继续采用目前的普通倒装芯片焊料凸点法。”Taubenblatt说。该收发器的组装方式，是把光电阵列倒装焊接到CMOS IC上；在测试方面，该模块利用带透镜的50微米多模光纤探头来测试收发器通道的光学I/O、利用平面微波探头测试高速数据I/O。

Schow解释说：“在15Gbps速率下，收发器芯片上16个发射器中的每一个所产生的光眼图，都很清晰地“张开”着。这意味，比起大多数收发器额定的10Gbps数率，这些发射器的运行速率更高。”

对收发器通道间串扰的初步研究表明，由发射器到发射器、发射器到接收器、以及接收器至接收器间的串扰所带来的性能下降，对发射器或接收器整体性能的影响可以忽略不计。

作者：莫浩夫
* 什么是高清？
高清是指图像的分辨率比现有的标准清晰度（720×576或720×480）更高的显示能力和显示模式。目前已经有美国的ATSC、欧洲的DVB-T和日本的ISDB-T等标准，关于高清的标准，国际上公认的有两条：视频垂直分辨率超过720p或1080i；视频宽纵比为16：9。目前我国还没有确定自己的高清标准。