随着云基础设施的扩展和人工智能工作负载的加速，数据中心面临着前所未有的需求：必须在提高能源效率的同时提供大幅提升的带宽。尽管计算性能飞速发展，但系统瓶颈已转移到连接这些系统的光互连和收发器上。

要实现更长的传输距离、更高的带宽密度和更低的每比特能耗，现在需要对光模块架构——以及支撑这些架构的技术——进行根本性的转变。

200G/λ领域的领导者：GF的可扩展硅光子学与SiGe
数据中心正迅速逼近电气互连的极限，这使得硅光子学成为唯一可扩展的发展路径。通过实现更高的每波长（λ）数据速率、光I/O以及考虑封装因素的集成，GF的硅光子学解决方案正在重新定义带宽在下一代纵向扩展和横向扩展架构中的扩展方式。

GF的硅光子学技术具备支持行业向200G/λ及更高速率过渡所需的传输距离、带宽密度和能效。结合经过验证的300毫米制造和晶圆级测试能力，GF提供了一个可扩展、灵活且具备量产能力的平台，旨在适应未来数据速率和先进封装架构的发展，其功能包括：

  • 支持 200G/λ PAM4，这是实现可扩展的 1.6T 收发器的关键
  • 适用于高速发射机架构的多种调制器选项，包括马赫-曾德尔（MZ）、微环（MicroRing）和RAMZI
  • 高速光探测器助力实现先进的接收机性能
  • 集成氮化硅（SiN）波导与光斑尺寸转换器，以实现更高的光注入power、更优的耦合效率及长期可靠性
  • 同时支持V型槽和标准边缘耦合光纤
  • 基于硅通孔（TSV）的2.5D/3D集成技术，可缩短电路路径、降低power 支持在1.6T工艺节点下实现近封装和共封装光学器件

值得一提的是，硅锗（SiGe）仍是高性能光收发器的重要使能技术——它为驱动和接收光信号的模拟及混合信号电子器件提供动力。

继凭借SiGe8XP技术实现业界领先的100G/λ部署后，GF凭借其新增的高性能SiGe （包括9HP+），已做好准备引领向200G/λ的转型。SiGe 树立了HBT性能的新标杆，在提供340/410 GHz的ft/fmax的同时，还拥有业内最全面的BiCMOS产品组合之一。其融合了高速HBT、先进的CMOS集成、低损耗金属布线以及高压LDMOS，使其成为当今最高性能光收发器的不二之选。 除了晶体管本身的原始速度外SiGe 还带来了关键的系统级优势：

  • 更高的集成密度，实现紧凑且散热高效的设计
  • 种类齐全的精密无源元件产品组合，包括金属电阻、MIM电容器和传输线
  • 业界领先的PDK基础设施和器件模型，可加快设计收敛并减少设计迭代

这些功能相结合，使设计人员能够满足200G/λ时代在power、带宽以及紧凑外形尺寸方面的严苛要求。

从光学到电子的统一路径：硅光子学与 SiGe的协同集成 SiGe
GF 凭借其独特优势，实现了硅光子学 SiGe协同集成，提供了一套涵盖光学、电子集成电路和先进封装的简化端到端解决方案。这种全面的方法降低了系统复杂性，提升了可扩展性，并使客户能够充分发挥这两项技术的优势——从而释放出克服当今架构瓶颈所需的速度、power 。

借助新一代光子学和先进的SiGe ，为实现400G/λ铺平道路
要实现 400G/λ及更高速率，必须突破传统调制器的限制。鉴于仅靠硅材料在200G/λ以上将面临日益严峻的挑战，GF在不断拓展硅技术边界的同时，也在积极探索新型材料。 这包括一项以混合与异质集成为核心的战略——将具有高波克尔斯效应的材料（如薄膜铌酸锂（TFLN）、钛酸钡（BTO）和先进电光聚合物）直接集成到我们的硅光子学平台上，从而在更低的驱动电压下实现超宽带（>100 GHz）运行。

GF 还推出了 CBIC——业界首个SiGe BiCMOS 平台，以支持向 400G/λ 的跨越。通过将高速SiGe 与灵活的 CMOS 集成相结合，CBIC 能够实现针对极端带宽需求进行优化的power收发器架构，其主要优势包括：

  • 业界领先的 NPN 晶体管，其 ft/fmax 值超过 400GHz，可提供更出色的模拟性能
  • 支持创新的放大器拓扑结构，可在显著降低power 的同时提供高增益带宽
  • 一种模块化方案，可让客户针对特定类别的光模块，灵活调整成本、性能和集成方案

展望未来：开启光子系统的新纪元
随着光数据速率向多太比特架构迈进，硅光子学、SiGe 先进封装领域的创新变得愈发关键。为此，GF 的发展路线图致力于持续提升 HBT 的性能并推进先进的 3D 集成技术，以实现光电元件更紧密的共封装。

凭借扎实的技术基础和清晰的路线图，GF致力于引领光连接技术的演进，这些技术将定义未来十年云计算和人工智能基础设施的发展方向。

想了解更多信息吗？欢迎在OFC展会上与GF的硅光子学和SiGe 交流，并莅临817号展位，了解我们如何推动下一代光连接技术的发展。

拉迪卡·阿罗拉，可插拔硅光子学事业部副总裁兼总经理
凯拉·莱德贝特，射频产品经理
阿文德·纳拉亚南，SiGe 线总监