基础概念与光互连架构

光电融合

Photonics-Electronics Convergence
图解

定义

在芯片、封装、系统三个层面协同设计光与电,而非把光当成外挂器件。

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硅光 PIC 的典型构成 · 硅自己不会发光,光源必须从外面来外置光源InP CW 激光器ELS硅光芯片 SiPh PIC · CMOS 晶圆级制造光栅耦合器或端面耦合分束 / 合波MZI · AWG调制器阵列MZM / 微环探测器阵列Ge PD硅波导 · 无源光路(把以上器件连起来的那层)电接口 / DSP驱动与跨阻把上排的「调制器阵列」换成 TFLN 薄膜铌酸锂调制器,就是当前最受关注的异质集成方案。CPO/NPO 的底座通常就是这块芯片,它决定了整机能不能做小、做便宜、做量产。
硅光芯片典型构成 硅光芯片把调制器、探测器、分束器、波导做在同一片硅上,用 CMOS 产线量产,这是它能做到低成本高集成的根本原因。但它不能自己发激光——光源必须从外部引进来,这就是「外置光源 ELS」在 CPO/NPO 方案里反复出现的原因。
光引擎离 ASIC 有多远 · 距离越短,功耗越低、时延越小,可维护性越差可插拔现场热插拔 · 可维护性最好ASIC面板模块几十 cm信号要走完长铜线NPO 近封装同板独立封装 · 光引擎可单换ASIC光引擎独立封装几 cm电通道短,但光引擎是独立件CPO 共封装同基板共封装 · 故障需换整板同一封装基板ASIC光引擎共封装mm 级电通道最短,代价是维修性NPO 是 CPO 与可插拔之间的现实解:把光引擎挪到 ASIC 旁边,但保留「可以单独换」这一条运维底线。
三种布局:光离 ASIC 有多远 三种布局的本质区别是电信号要走多远。可插拔要走完几十厘米铜线,NPO 缩到几厘米,CPO 缩到毫米级。距离缩短直接换来功耗与信号完整性的改善,但代价是可维护性——CPO 里光器件和 ASIC 是同一个封装,单点故障要换整板。

说明

光电融合是指在芯片、封装、系统三个层面协同设计光与电,而不是把光当成一个外挂器件接上去。它是贯穿 CPO、NPO、光 I/O 的共同方法论,也是行业公认的下一阶段竞争焦点。

过去光模块的演进逻辑是「模块厂把光的东西做得更好」,交换芯片厂商基本不需要关心光的细节。但当光引擎进入封装、与 ASIC 共享基板和散热路径之后,光电两侧的设计边界被打通了——散热怎么做、供电怎么走、测试怎么覆盖,都必须一起决定。

产业内的表述是:下一代竞争将是「光源—无源—共封装—材料—测试」全配套的系统性能力,任何一环薄弱都会卡住功耗、带宽密度与交付周期。这也是为什么单点技术领先越来越难转化为产品优势。

关键数字

三层面芯片级 · 封装级 · 系统级协同设计
核心议题散热、供电、测试与运维的一体化

关键要点

  • 是贯穿 CPO/NPO/OIO 的共同方法论,也是下一阶段竞争的核心,而非单点模块封装速度。
  • 产业表述:下一代竞争是「光源—无源—共封装—材料—测试」全配套的系统性能力,任一环节薄弱都会卡住功耗、带宽密度与交付周期。
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