信通院趙文玉：超100G光模塊技術(shù)多方競(jìng)爭(zhēng)，共存并行發(fā)展將是常態(tài)

9月17日消息（水易）9月16-18日，第23屆中國(guó)光博會(huì)在深圳開(kāi)幕。在大會(huì)期間召開(kāi)的“光器件、光模塊新技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用論壇”上，中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所，寬帶網(wǎng)絡(luò)研究部主任趙文玉詳細(xì)介紹了超100G光模塊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)。

趙文玉指出，基于5G、數(shù)據(jù)中心、光纖通信網(wǎng)絡(luò)等信息通信基礎(chǔ)設(shè)施加速建設(shè)，同時(shí)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求造就“千行百業(yè)”入云，需要云網(wǎng)一體基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，驅(qū)動(dòng)云光網(wǎng)深度融合。

作為數(shù)字信息光電交互的關(guān)鍵基礎(chǔ)單元，高速光模塊相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展持續(xù)引發(fā)業(yè)界關(guān)注。這一過(guò)程中，超100G高速光模塊技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展迅速，200G/400G已成高速接口應(yīng)用首選速率。

技術(shù)方案呈多方競(jìng)爭(zhēng)局面

趙文玉指出，當(dāng)前超100G模塊技術(shù)方案呈現(xiàn)多維度革新的態(tài)勢(shì)。包括更多通道：光纖、波分復(fù)用、拓展波段、空分復(fù)用；更復(fù)雜調(diào)制方式：多電平脈沖幅度調(diào)制、偏振態(tài)調(diào)制、正交幅度調(diào)制；更高波特率：32Gbaud、 64Gbaud、96Gbaud…；信號(hào)處理有直調(diào)直檢，也有相干。

目前來(lái)看，400G及以下速率光模塊技術(shù)方案趨于穩(wěn)定。具體而言，200G能夠應(yīng)用NRZ、PAM4等多種調(diào)制復(fù)用與相干檢測(cè)；400G方案組合持續(xù)增加，多組織關(guān)注DP-16QAM相干技術(shù)方案，同時(shí)直調(diào)直檢方案主要覆蓋40KM以下應(yīng)用場(chǎng)景，此外單載波400G未來(lái)仍存在其他調(diào)制格式。

到了800G及以上速率則呈現(xiàn)多方競(jìng)爭(zhēng)的局面。趙文玉指出，直調(diào)直檢近期800G樣品實(shí)現(xiàn)主要以單通路100G PAM4為主，2~3年后續(xù)逐步提升到200G PAM4并應(yīng)用到800G+速率；800G相干會(huì)出現(xiàn)不可插拔、可插拔并存，同時(shí)相干共封裝光學(xué)(CPO)或?yàn)槲磥?lái)一種可選方案。超800G，會(huì)沿用800G高集成方案，可插拔模式預(yù)計(jì)先期推進(jìn)，CPO引入趨勢(shì)提升。

在趙文玉看來(lái)，面對(duì)直檢和相干技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，受200Gbps PAM4受色散和MPI等影響，傳輸距離受限明顯，相干技術(shù)下沉趨勢(shì)明顯，1.6T速率有望相干技術(shù)下沉到10km應(yīng)用場(chǎng)景。

與此同時(shí)，硅光成為超高速光模塊領(lǐng)域關(guān)注熱點(diǎn)技術(shù)。目前除光源外的其他無(wú)源有源器件如分束器、復(fù)用/解復(fù)用器、調(diào)制器等均已初步成熟，進(jìn)入可規(guī)?；a(chǎn)階段；為了解決光源問(wèn)題，硅光集成芯片通常采用混合集成方案；設(shè)計(jì)方面，隨著硅光向光電三維集成方向的發(fā)展，光芯片將與電芯片統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、制造、封裝，且設(shè)計(jì)、制造、封裝過(guò)程相互緊耦合；制造方面窄線寬制程工藝呼聲漸高。

此外，趙文玉指出，集成度、功耗和成本等驅(qū)動(dòng)模塊封裝技術(shù)持續(xù)革新，CPO成為超高速率信號(hào)封裝可選熱點(diǎn)方案。目前CPO關(guān)鍵技術(shù)在于交換芯片、混合信號(hào)IC、光學(xué)設(shè)備&Fabs、先進(jìn)的封測(cè)技術(shù)、硅光技術(shù)等。

標(biāo)準(zhǔn)化工作已逐步開(kāi)展

標(biāo)準(zhǔn)化是通信行業(yè)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。趙文玉介紹，目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ITU-T、IEEE、OIF、以及新成立的IPEC和國(guó)內(nèi)CCSA等均關(guān)注超100G高速光模塊的技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定并積極開(kāi)展相關(guān)工作。

同時(shí)，多個(gè)技術(shù)聯(lián)盟和MSA開(kāi)展超100G技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定，分別優(yōu)先側(cè)重短距互聯(lián)和長(zhǎng)距互聯(lián)等差異化場(chǎng)景。

據(jù)悉，ITU-T側(cè)重城域超100G物理層標(biāo)準(zhǔn)制定；IEEE已啟動(dòng)1.6T標(biāo)準(zhǔn)研究，當(dāng)然200G/400G基于更高速率的標(biāo)準(zhǔn)也在超400G研究組同步推進(jìn)；IPEC目前正在開(kāi)展800G標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，現(xiàn)階段主要聚焦500m和2km技術(shù)方案；OIF已經(jīng)在2020年3月就已經(jīng)發(fā)布400ZR初步版本，同時(shí)已啟動(dòng)800G相干和CPO IA制定。

國(guó)內(nèi)的CCSA也已經(jīng)同步啟動(dòng)800G標(biāo)準(zhǔn)制定和CPO研究。TC6 WG1 已經(jīng)完成城域和干線用400G WDM系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，并負(fù)責(zé)超100G光模塊標(biāo)準(zhǔn)制定。目前200G/400G整體標(biāo)準(zhǔn)趨于完成；800G各場(chǎng)景用模塊標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)；CPO已啟動(dòng)研究課題“光電合封技術(shù)研究”相關(guān)工作。

趙文玉指出，超100G標(biāo)準(zhǔn)制定的進(jìn)展看，400G及以下速率標(biāo)準(zhǔn)趨于穩(wěn)定，近期熱點(diǎn)主要聚焦在800G和CPO。

共存并行發(fā)展將成常態(tài)

隨著速率的不斷提升，熱插拔技術(shù)面臨成本、功耗、生產(chǎn)成本、尺寸等挑戰(zhàn)。當(dāng)交換速率達(dá)到25.6Tb/s和51.2Tb/s時(shí)，利用CPO技術(shù)，可減少50%空間，15-20%功耗。不過(guò)CPO技術(shù)無(wú)法比肩熱插拔模塊靈活性，兩種方案并存共發(fā)展。

與此同時(shí)，一段時(shí)間內(nèi)硅光與III-V族并行發(fā)展，而硅光具備超高兼容性、超高集成度、強(qiáng)大的集成能力、強(qiáng)大規(guī)模制造能力等技術(shù)能力，未來(lái)潛在優(yōu)勢(shì)明顯。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外也在積極布局硅光產(chǎn)業(yè)。

此外，共封裝光學(xué)+硅基光電子集成，引領(lǐng)光電新方向，業(yè)界逐步推出多樣化硅光+CPO展示樣機(jī)或商用計(jì)劃。主要由交換機(jī)廠商ARISTA、BROADCOM、CISCO，以及數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商/互聯(lián)網(wǎng)公司微軟和Facebook等領(lǐng)銜。

趙文玉介紹，OIF舉辦三季度MA&E 委員會(huì)虛擬會(huì)議時(shí)，發(fā)布混合光電封裝CPO的草案。此外，OIF還舉辦了光芯片和ASIC混合封裝的研討會(huì)，探討混合封裝技術(shù)所面對(duì)的各種挑戰(zhàn)以及行業(yè)機(jī)會(huì)。

總的來(lái)說(shuō)，趙文玉認(rèn)為超100G光模塊技術(shù)方案未來(lái)的發(fā)展態(tài)勢(shì)將會(huì)是，CPO和可插拔長(zhǎng)期共存，III-V族和硅光并行發(fā)展，硅光+CPO將引領(lǐng)新方向。

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