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海光芯創CEO胡朝陽:高速光電子集成IDM平臺 為新基建提供產品支撐

摘要:在第19屆訊石光纖通訊市場暨技術專題研討會(IFOC2020)上,高速光電集成器件和光模塊制造商蘇州海光芯創光電科技有限公司(簡稱海光芯創)CEO胡朝陽博士發表了《高速光電子集成平臺及其在光通信行業的應用》主題報告,面向電信運營商、大數據中心、通信設備商以及光通訊行業,介紹并比較高速光電子集成平臺的優缺點,包括SiOB、PIC、OEIC、SiPho等平臺,以及海光芯創打造高速光電子集成IDM平臺,實現在光通信行業的應用價值。

  ICC訊(編輯:Aiur)  9月8日,在第19屆訊石光纖通訊市場暨技術專題研討會(IFOC2020)上,高速光電集成器件和光模塊制造商蘇州海光芯創光電科技有限公司(簡稱海光芯創)CEO胡朝陽博士發表了《高速光電子集成平臺及其在光通信行業的應用》主題報告,面向電信運營商、大數據中心、通信設備商以及光通訊行業,介紹并比較高速光電子集成平臺的優缺點,包括SiOB、PIC、OEIC、SiPho等平臺以及海光芯創打造高速光電子集成IDM平臺,實現在光通信行業的應用價值。

  隨著新基建將5G和數據中心納入范疇,當前電信運營商和云互聯網公司攜手推動我國各地區5G基站和數據中心建設。

  由5G和數據中心所組成的新一代光網絡基礎設施,需要大量的光電子器件作為支撐。同時,5G電信和數據中心等高速應用還對大帶寬、低時延、高密度的光學連接提出了要求,為了幫助下游客戶節省成本,創造更大應用價值,光通信技術從傳統分立器件向光電子集成發展已經成為業界主流趨勢。

  胡博士介紹,針對高速發展的光通信及拓展的行業領域需求,海光芯創打造高速光電子集成平臺,以硅光子混合集成、高頻光電子集成、智能制造等工藝技術和產品技術為核心,賦能(Enabler)更加廣闊的光電子應用場景。

  對比不同類型的光電子集成平臺

  什么是光電子集成平臺?從概念來看,胡博士認為平臺需要具備幾個主要特點,包括低成本、規?;a、高集成度、小尺寸、低功耗、高可靠性和可擴展性等?;仡櫄v史發展,光電子集成可劃分為混合集成和單片集成,兩條技術路線都持續朝標準規范和產業化發展。業界將集成電路和半導體激光器結合,推動了硅光子(SiPho)集成的商用化。針對未來高速互聯新形態,業界又提出共封裝光學(Co-packaged Optics),目的是揚長避短,優勢互補。

  以材料作為劃分,當前的主要光電子集成平臺為InP材料、SOI材料、SiO2/SiON/Si3N4材料、LiNbO3材料以及Polymer聚合物材料,其中,最直接的平臺競爭是磷化銦(InP)和硅光子(SiPho)。胡博士表示,磷化銦基光芯片更適用于制作性能優良的有源器件,例如激光器、調制器、探測器等,但其缺點包括材料成本昂貴,有源和無源波導集成困難,例如InP波導彎曲半徑大,材料使用面積大,工藝標準化有難度等。

  相比之下,硅光芯片可以實現多種功能光電子器件的高度集成,例如光和電有機的單片/混合集成,其無源波導彎曲半徑小,使用面積更小,多種功能的高度集成,可以規?;a,更關鍵是微電子工業帶動CMOS工藝成熟,減輕Fabless設計負擔。當然,由于硅是間接帶隙半導體材料,發光條件苛刻,硅光芯片需要引入外部光源,其PDK開發與工藝能力也高度相關。

  胡博士進一步認為,一個具有競爭力的硅光子集成平臺,需要傾注從設計到工藝制造的每個環節,首先需要具備硅光能力的CMOS晶圓制造商在SiPho工藝上與自己共同進步,特別是Ge EPI與SOI波導的集成能力和PDK開發能力,目前業界知名晶圓制造商有GlobeFoundries、TSMC、SMIC、IMEC、CUMEC等。其次,硅光子集成平臺需要具備高頻設計與仿真、測試分析與驗證的能力,重點關注高頻電極、高速傳輸線、阻抗匹配等參數。同時,光波導設計與仿真、測試分析與驗證,尤其是直波導、彎曲波導、MMI 耦合器設計和光斑模場轉換(Mode-converter)等。最后,硅光子集成平臺還需要考量從芯片到最終產品的產業化能力,這時要重點關注芯片handling和高精度光學耦合。

  光電子器件到光模塊的垂直整合

  綜合多種光電子集成平臺類型特點,海光芯創打造出一條從光電子器件到光模塊垂直整合體系,即高速光電子集成IDM平臺,其具備芯片級評估能力,器件到模塊的設計與仿真,自動化工藝與測試平臺和系統應用級測試分析。其中,芯片級評估能力涵蓋了光芯片老化、光芯片測試、光芯片可靠性分析、光芯片失效分析等;在設計與仿真方面,新平臺具備了光學設計與仿真、器件級3D-strcture高頻設計與仿真、高頻電路和信號完整性設計等能力;在工藝平臺方面,新平臺部署了可批量生產的自動化工藝機臺,可完成高精度、高可靠性和Die Bonding、Wire bonding和光耦合工序。

  光電子器件和光模塊的封裝流程,光耦合是極為關鍵的一道工序,海光芯創的高精度光學耦合平臺擁有多通道自自動化光學耦合平臺,可以實現光纖-光纖、光纖-芯片(可含透鏡陣列),透鏡光纖到芯片的光對準耦合,以及多路光信號進行XYZ/角度有源耦合和調整。

  基于自有的高速光電子集成IDM平臺和基于MES、ERP、PLM系統集成的企業管理,海光芯創充分實現了批量產品的高品質保障。

  在光電子器件方面,總計產能達到百萬只/月,可支持用于5G市場的制冷DML TO/OSA系列產品,用于長距離傳輸的25G/50G EML TO/TOSA及25G/50G APD TO/ROSA系列產品,用于數據中心的25G/100G/200G/400G COB引擎(Optical Engine)以及硅光引擎(SiP Optical Engine)等系列產品。

  在光模塊方面,光模塊總計產能達到數十萬只/月,可支持用于5G市場的12波彩光系列光模塊,數據中心的25G/100G/200G/400G AOC、光模塊以及硅光模塊等產品系列。

  據LightCounting預測,2021年光模塊市場將增長24%。在中國5G升級按計劃的推動下,無線前傳和回傳光器件銷售額將分別增長18%和92%。FTTx和AOC板塊在中國市場的部署推動下,也將實現兩位數的增長。

  面對廣闊的高速連接需求,海光芯創將充分發揮高速光電子集成IDM平臺能力,秉持“服務客戶”的理念,積極響應客戶需求,通過與客戶的并肩努力,持續穩定地為全球數據中心和5G市場提供高速光電子器件和高速光模塊產品支撐,助力5G和數據中心新基建。

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