SiPh(Silicon Photonics) 광 트랜시버: Q&A

광 모듈은 광 통신 네트워크의 중요한 부분입니다. 레이저를 캐리어로, 광섬유를 전송 매체로 사용하는 능동 광학 장치입니다. 핵심 기능은 광전 변환을 실현하는 것입니다. 현재 전통적인 광 모듈은 주로 "전기적 상호 연결"에 속하는 III-V 반도체 칩, 고속 회로 실리콘 칩, 광학 부품 및 기타 장치로 패키징됩니다. 트랜지스터 처리 크기가 점진적으로 감소함에 따라 전기적 상호 연결은 점차 전송 병목 현상에 직면하게 되어 실리콘 포토닉스 기술이 등장하게 되었습니다.

 

1. 무엇입니까 s실리콘 photonics 광 트랜시버?

간단히 말해서, 실리콘 포토닉스 송수신기는 실리콘 포토닉스 기술을 이용하여 실리콘 칩에 광전 변환과 전송을 통합하는 것입니다. 실리콘 광학 기술의 핵심 아이디어는 "전기를 빛으로 대체", 즉 전자 신호 대신 레이저 빔을 사용하여 데이터를 전송하고 광학 장치와 전자 부품을 독립적인 마이크로 칩에 통합하는 것입니다.

실리콘 포토닉스는 저전력, 고집적, 고속 특성을 가지고 있어 포스트 무어 시대의 핵심 광통신 기술이다. Intel의 Silicon Photonics Industry Development Plan에 따르면 실리콘 광 모듈 산업은 급속한 발전의 시기에 접어들었습니다. 2022년 실리콘 포토닉스 기술은 초당 최고 속도, 에너지 소비 및 비용 측면에서 기존의 광 모듈을 종합적으로 능가할 것입니다.

시장조사업체 라이트카운팅(LightCounting)의 데이터에 따르면 실리콘 포토닉스 기술이 광소자 산업을 변화시킬 터닝포인트가 왔다고 한다. 2025년에 실리콘 포토닉스 광학 모듈의 시장 규모는 6억 달러에 근접할 것이며 점유율은 14-2018년 2019%에서 45년 2025%로 증가할 것입니다. 향후 XNUMX년 동안 시장은 두 자릿수 성장을 달성할 것입니다 .

 

2. 무엇입니까? 장점과 단점 의 s실리콘 photonics 광 트랜시버?

실리콘 포토닉스 트랜시버의 장점:

일반적으로 실리콘 포토닉스 기술은 저전력 소비, 고집적 및 높은 전송 대역폭의 세 가지 장점이 있습니다.

• 기존의 개별 장치와 비교하여 실리콘 포토닉스 기술 기반의 광학 모듈은 CMOS 제조 공정을 기반으로 합니다. 실리콘 기판에 에칭 공정을 사용하여 신속하게 처리하고 부피를 크게 줄이며 재료 비용, 칩 비용 및 패키징 비용을 더욱 최적화할 수 있습니다. 동시에 실리콘 광학 기술은 웨이퍼 테스트 및 기타 방법을 통해 배치 테스트를 수행할 수 있으며 테스트 효율성이 크게 향상됩니다.

400G DR4 Silicon Photonics 광 트랜시버 다이어그램

• 실리콘 포토닉스 기술은 전자 신호 대신 레이저 빔을 이용해 데이터를 전송하고 광소자와 전자 부품을 별도의 마이크로칩에 집적해 구리선을 실리콘 칩의 정보 전도 매체로 빛으로 대체해 칩 간 속도를 높이는 기술이다. 사이.
• 구리선을 통해 전기 신호를 전송하는 시스템과 비교하여 광통신 기반 시스템은 광섬유 라인을 통해 광 신호를 전송하여 데이터를 더 빠르고 효율적으로 만듭니다. 또한 고급 광 변조 형식과 코히어런트 검출 기술은 스펙트럼 효율성을 향상시킵니다. 칩에서 LAN(Local Area Network) 및 WAN(Wide Area Network)까지의 실리콘 광학 범위는 100km의 전송 거리를 초과할 수 있습니다.

 

실리콘 포토닉스 트랜시버의 단점:

실리콘 포토닉스 트랜시버의 삽입 손실이 크기 때문에 근거리 전송에서만 충분한 신뢰성을 유지할 수 있습니다. 따라서 실리콘 포토닉스 기술은 능동형 기능소자(광원과 광증폭기)의 집적화를 단기간에 실현하기 어렵고, 대규모 상용화에는 여전히 걸림돌이 존재한다.

광모듈, 특히 고속 광모듈은 통신망 장비 비용의 50~60%를 차지한다. 광 모듈의 선택과 비용은 네트워크의 전체 건설 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 광 모듈의 높은 비용은 광통신의 발전을 가로막는 주요 문제가 되었습니다. 광모듈 원가에서 40%가 광칩이고 그 중 약 20%가 레이저이다. 레이저 비용을 3/4로 절감하면 전체 비용을 15% 절감할 수 있으며 인건비와 부품 비용의 일부를 동시에 절감할 수 있습니다.

광 모듈의 주요 레이저 유형은 VCSEL, FP, DFB, DML 및 EML입니다. 다양한 유형의 레이저는 작동 파장, 모드 및 적용 환경이 다릅니다. 현재 광학 통합 상업 제품의 기술 경로는 주로 InP와 Si로 나뉩니다. 그 중 DFB, DML, EML 등의 레이저가 InP형이다. 기술은 비교적 성숙했지만 비용이 높고 CMOS 프로세스(집적 회로 프로세스)와 호환되지 않습니다. 그러나 Si 형 실리콘 광학 장치는 수동 광전자 장치와 집적 회로의 모 놀리 식 통합을 실현하기 위해 COMS 공정을 채택하여 대규모로 집적 할 수 있고 고밀도 및 저비용이라는 이점을 가지고 있습니다. 그러나 실리콘 포토닉스 칩이 CMOS 프로세스와 호환되지만 제품 수율이 실리콘 포토닉스 트랜시버의 대량 생산을 방해한다는 단점이 있습니다.

 

3. 응용 분야 및 시장은 무엇입니까 S실리콘 Photonics 광 트랜시버?

현재 출하되는 실리콘 포토닉스 광모듈 제품 중 단거리 데이터센터 광모듈과 중장거리 텔레콤 코히어런트 광모듈의 두 가지 주요 범주가 있다. 100G 단거리 CWDM4 및 100G 중장거리 간섭성 광 모듈에서 실리콘 광은 비용 이점이 거의 없습니다. 그러나 속도가 400G를 초과하는 시나리오에서는 기존 DML 레이저 및 EML 레이저의 비용이 높은 반면 실리콘 포토닉스 트랜시버는 실리콘 포토닉스에 다중 채널 레이저, 변조기 및 다중 채널 검출기와 같은 광/전기 칩을 통합합니다. 부피를 크게 줄이고 명백한 비용 이점이 있는 칩. 따라서 실리콘 포토닉스 기술은 400G 또는 800G 전송 속도에서 주로 사용됩니다.

 

400G DR4 – 400G 실리콘 포토닉의 기본형s 모듈 :

400G QSFP-DD DR4 400G QSFP-DD(Quad Small Form Factor Pluggable-double density) 폼 팩터에서 400G 이더넷 데이터 센터 상호 연결을 위해 설계된 광 트랜시버 모듈입니다. 송신기 측에서 이 DR4 모듈은 8Gb/s(PAM50) 전기 신호의 4개 채널을 4개의 병렬 광 출력 데이터 채널로 변환합니다. 수신기 측에서 광 트랜시버는 100Gbp/s의 병렬 광 데이터의 400개 레인을 각 레인에 총 4Gbp/s로 변환하여 100Gb/s PAM400 전기 출력 신호의 8개 레인을 지원합니다.

400G QSFP-DD DR4 광섬유 모듈은 MPO-12 커넥터를 사용하여 SMF(단일 모드 광섬유)를 통해 전송합니다. 500nm 중심 파장에서 1310미터의 최대 전송 거리를 지원합니다. 이 제품은 QSFP-DD MSA(Multi-Source Agreement)에 따른 디지털 진단 기능으로 설계되었습니다.

현재 실리콘 포토닉스 제품의 가장 중요한 애플리케이션은 여전히 ​​데이터 센터이며 400G 실리콘 포토닉스 트랜시버는 2020년 소량 출하에서 2021년 대량 출하로 이동하기 시작했습니다. 실리콘 포토닉스 트랜시버의 미래는 밝습니다.