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硅光子学引领100G网络

2013-06-05 09:25
吃瓜天狼
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  当人们淘汰掉纯手工组装内含数百个光学组成的可靠组件,而转向硅光子技术之际,业界将进入一个美好新世界;另一方面,交换网络从10G提升至100G,甚至最终达到1TB时,也将面临严峻的硅光子技术挑战。有些光学功能易于用硅晶实现,有些则否。不能也不应该把一些旧组件混搭在同一个硅芯片中而搭建出一个不纯粹的硅光子方案。事实上,人们必须将整个光学引擎整合在硅晶平台上。

  光学引擎可处理多个高速电通道、将其转换为光信号、再将这些信道的信息组合在一起、并透过一条光纤将这些信息传送到任何地点──从近到下一个机架远至横跨整个数据中心另一端的距离。在接收端,光学引擎将接收到的光流分离为不同信道、再转换回电信道。在数据中心,光学引擎用于连接丛集交换机和路由器的一种功耗最低、体积最小的可插入收发器技术;光学引擎还用于连接服务器和交换机的有源光缆。此外,光学引擎很快地还将内嵌于入中夹板(mid-board)以降低板对板应用的功耗以及增加密度。

  但是,要在本来用于实现电气功能设计的CMOS平台上整合光学功能会遇到许多挑战。先看看各关键的光电功能及将其完全整合在一个CMOS平台所面临的挑战。

  激光器激光器为光学引擎提供光源,但一些数据中心用激光器售价不菲。Kotura公司已使用低成本低速激光器开发出芯片功能。激光器是一种尚未实现单芯片整合的光学组件,但激光器和数组覆晶芯片焊接技术的最新发展,已使其成为一种大量的低成本制程。芯片功能去除了激光器子组件传统上所需的任何镜头、隔离器和光束准直器。Kotura的激光器设计去掉了昂贵的密封包装。在自动组装平台上,只需几秒就可对激光器数组进行整布并将其焊接到硅光子芯片上,而且还克服了将低成本光源整合在芯片中的棘手难题。

  光纤网络的真正价值在于能将多个波长的光组合成同一条实体信道的能力。对100G互连来说,使用这种称为波分复用(WDM)的平行性,把4个波长的光组合在一条光纤上。当然,四条平行光纤信道也能运作,但这增加了网络成本、也浪费了光纤带宽。波分复用使我们得以使用同一数据中心架构进行扩展,以便在未来支持更多通道。

  图1:波分复用解多复用的抽象视图。在转换成电信号前,中阶光开关对具有不同光波长的许多平行信道上的输入信道进行分离

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