將硅光子引入硅芯片
2020-04-13 12:58:31 EETOP
目前市場上流行的一些硅光收發器技術，如PSM4 QSFP 100G光收發器等，都是依靠在四個獨立的通道上傳播光信號。換句話說，光信號在四條平行的25G光纖上傳播。通過一種稱為波分復用（WDM）的技術，可以在單個光纖上承載多個波長的激光光束。從PSM4轉換為CWDM4發射機意味著現在有了一根100G光纖。目前我們增加更多波長的方式是通過增加更多的并行激光器。要提供16個甚至32個激光器，就意味著將32個激光器并排放置在一起。將這么多的激光器耦合在一起，會產生一些效率開銷和成本開銷。
Ranovus公司一直在研究幾種關鍵技術，使其光學產品得以實現。其中一項技術是基于量子點（梳子）激光器。QDL是一種特殊的激光器，能夠從一個芯片上同時產生多個波長的激光器。量子點并不是一種新技術，但現有的實現依賴于相對較低的數據速率--大約每秒幾千兆比特的數據速率。要實現高帶寬，需要大量的并行通道。Ranovus表示，他們不僅能夠設計出具有大量波長的激光器，而且能夠實現非常高的數據速率。我們說的是100Gbps甚至更高，這比我們最近看到的其他一些技術演示要高數倍。關于他們的技術，需要注意的關鍵是，這不是一個實驗室的演示。Ranovus公司的第一款基于該技術的產品是37波長激光器。該公司早在2012年就已經演示了該技術。
作為Ranovus產品組合的一部分，另一項關鍵技術是使用環形諧振器。我們之前已經討論過環形諧振器。這些是有效的波長濾波器，可讓它們在波導的單個波長上工作。當今市場上許多現有技術都使用MZM，例如Intel和Luxtera生產的MZM（盡管環由合作伙伴Ayar Labs使用）。如今，環的好處已廣為人知，其中包括占地面積減少多個數量級，帶寬更高，能量效率更高。
作為Ranovus產品組合的一個單獨的關鍵技術是環形共振器的使用。我們之前已經談到過環形諧振器。它們實際上是一種波長濾波器，可以讓它們在波導的單一波長上工作。目前市場上的許多現有技術都使用MZM，如英特爾和Luxtera公司生產的MZM（雖然環形諧振器是由其合作伙伴Ayar Labs公司使用的）。
Ranovus推出的是Odin 8硅光子引擎。Odin 8是一個基礎產品，在此基礎上，還可以開發出更復雜的產品。這是一個硅光子芯片，在一個單片機集成電路上集成了所有的分流器、調制器和其他的連接，激光器附著在硅上。有八個光通道輸入，八個光通道輸出。
八個光通道中的每個通道當前都能夠支持100G / 64G / 50G PAM4或50G / 32G / 25G NRZ或PCIe Gen 5或Gen6。該芯片被設計為光電接口。芯片的一側是協議無關的接口，可以將其映射到光接口上。例如，Odin 8可以將PCIe Gen 5/6映射到光波長上。
Ranovus表示，他們已經在機器學習市場上的四家主要廠商中展示了其800G的性能。
800G以太網
Odin 8芯片是一個相當通用的芯片，它可以用于許多不同的應用。事實上，Ranovus公司本身就在使用Odin 8來開發800G以太網模塊。他們已經與兩家公司合作開發PAM4芯片，PAM4芯片將與Odin 8封裝在一起，形成一個完整的模塊。Odin 8芯片已準備就緒。。缺少的是在100G下運行的PAM4，目前尚不存在。他們正在與多家供應商合作，準備制作完整的模塊。預計明年一季度開始市場部署。
Odin 32 – 51.2T
Odin 8芯片的優點之一是它足夠緊湊并以允許擴展。Ranovus還宣布了Odin 32，它將多個Odin 8共同封裝在一起，以擴展到更多的光纖通道。在下面的共封裝中，你可以看到多個Odin 8芯片如何被剪接到一個共封裝產品上。Ranovus與許多行業合作伙伴合作，使整個技術得以實現。他們與IBM合作開發了光纖V型槽互連封裝技術，是一種用于將光纖與光子器件對接的封裝技術。這種工藝利用無源對準技術，在O波段和C波段的寬光譜范圍內實現了低插入損耗。他們還與TE合作開發共封裝(CP)精密螺距插接器技術，與Senko合作開發光纖連接技術。
來自中央芯片的電信號進入Odin 8芯片，該芯片被轉換為光學信號以發送出去。這種大型的共封裝芯片與各個Odin 8模塊之間的唯一區別是激光器發出的光在外部充當遠程激光源。在我們之前描述的單個Odin 8芯片中，激光直接連接到硅光子IC。順便說一下，在該產品中，光學引擎提供高達3.2 Tbps的帶寬（8x400G FR4），是Odin 8的四倍。能夠提供令人印象深刻的51.2 Tbps峰值帶寬。
由于Odin 8使用了與技術無關的接口，因此該封裝中間的芯片可以是任何芯片。盡管最早利用全部51.2 Tbps優勢的產品很可能是網絡交換機。您也可以將FPGA放在中間，并提供自定義的連接產品。這正是Ranovus試圖做的。Ranovus說，許多客戶正在針對需要高容量橫向擴展功能的以太網交換機解決方案以及FPGA，NPU和GPU等加速器進行測試和驗證。該封裝上的連接也不必是100G或全光纖。例如，Nvidia GPU當前使用25G NVLink，因此更合適的Odin 32配置可以是許多本地銅纜連接和許多25G光纖扇出。
Odin 32的封裝選擇也會因產品而異。對于那些只需要幾個連接的產品，有一些較小的配置，而不是像上圖中的旗艦級封裝的16個芯片。事實上，這可以縮減到只需要一顆Odin 8芯片，運行速度為800 Gbps到3.2 Tbps，這對于現在的許多GPU和NPU來說已經足夠了。預計將于明年年底發布基于Odin 32的多款產品。
EETOP編譯自：wikichip
原文：https://fuse.wikichip.org/news/3420/ranovus-odin-co-packaging-next-gen-dc-switches-and-accelerators-with-silicon-photonics/
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