半導(dǎo)體集成電路光互連：共封裝收發(fā)器系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)要求

  ICC訊 近日，中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)表《半導(dǎo)體集成電路光互聯(lián)接口技術(shù)要求》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)文件，該文件由中國(guó)計(jì)算機(jī)互聯(lián)技術(shù)聯(lián)盟CPO標(biāo)準(zhǔn)工作組和中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院提出，起草單位包括中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、立訊技術(shù)、卓昱光子、旭創(chuàng)科技、海信寬帶、易銳光電、奧雷光電、波億光電(POET)、賽勒科技等16家行業(yè)單位。

  該標(biāo)準(zhǔn)文件界定了交換機(jī)與服務(wù)器中所使用的共封裝收發(fā)器系統(tǒng)架構(gòu)， 規(guī)定了與共封裝光收發(fā)器相關(guān)的交換機(jī)與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接口卡的總體布局、光學(xué)特性、電學(xué)特性、數(shù)字管理接口、機(jī)械結(jié)構(gòu)等技術(shù)要求。適用于采用共封裝收發(fā)器(co-packaged optics，CPO)技術(shù)的微電子芯片光互連接口。

  基于共封裝收發(fā)器的數(shù)據(jù)中心光互連系統(tǒng)架構(gòu)

  數(shù)據(jù)中心主要包括數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品 (交換機(jī)) 及服務(wù)器產(chǎn)品， 在服務(wù)器和交換機(jī)之間通常采用光互連。基于共封裝收發(fā)器的光互連系統(tǒng)描述如下。

  交換機(jī)側(cè)規(guī)格為1.6Tb/s，并采用共封裝收發(fā)器技術(shù)，以800G芯片組為基本單元，其中16個(gè)共封裝收發(fā)器靠近ASIC，適用于25.6Tb/s交換機(jī)產(chǎn)品。

  交換機(jī)側(cè)共封裝收發(fā)器包含兩種技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)，一種使用800G-DR8基本單元，另一種使用800G-2×FR4基本單元，均采用單芯片方案。同時(shí)，考慮未來(lái)共封裝收發(fā)器技術(shù)的演進(jìn)和連接規(guī)格一致性，也定義了服務(wù)器側(cè)400G共封裝收發(fā)器的技術(shù)規(guī)范，以400G芯片組為基本架構(gòu)單元，可用于服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接口卡，其中2個(gè)共封裝收發(fā)器近網(wǎng)絡(luò)接口卡上的網(wǎng)絡(luò)控制芯片，見(jiàn)圖1。

  交換機(jī)側(cè)1.6Tb/s共封裝收發(fā)器是25.6Tb/s交換機(jī)的核心組件。收發(fā)器模塊通過(guò)光連接向交換機(jī)芯片提供光I/O并被轉(zhuǎn)換為短距離電接口。 交換機(jī)側(cè)1.6Tb/s與服務(wù)器側(cè)400Gb/s收發(fā)器模塊內(nèi)部構(gòu)成見(jiàn)圖2、圖3。

  交換機(jī)側(cè)1.6Tb/s收發(fā)器模塊與服務(wù)器側(cè)400Gb/s收發(fā)器模塊均包括DSP芯片或CDR芯片、 調(diào)制器驅(qū)動(dòng)器(Driver)芯片、TIA芯片、光發(fā)射和接收芯片。收發(fā)器模塊使用ELS來(lái)提供高光功率光源確保激光器的可靠性。

  在1.6Tb/s速率下，交換機(jī)和共封裝收發(fā)器之間維持2個(gè)速率為800Gb/s的收發(fā)電通道，即交換機(jī)芯片的MAC組件速率實(shí)現(xiàn)最高為800Gb/s。交換機(jī)芯片的SerDes電接口發(fā)送和接收采用16×112Gb/s XSR電信號(hào)。收發(fā)器中的驅(qū)動(dòng)和放大電路以及光收發(fā)通道在本文件中并未限制實(shí)現(xiàn)方式，其具體實(shí)現(xiàn)方式可為2×800Gb/s或4×400Gb/s,收發(fā)鏈路組件規(guī)格應(yīng)符合表1的規(guī)定;如遇集成DSP芯片的情況，則DSP支持速率采用2×800Gb/s。 收發(fā)器線路側(cè)發(fā)送和接收速率規(guī)格采用2個(gè)800Gb/s的收發(fā)光通道， 其中每個(gè)800Gb/s的收發(fā)光通道的實(shí)現(xiàn)方式可采用2×FR4或DR8技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

  對(duì)于2×FR4實(shí)現(xiàn)該模塊需包含MUX和DEMUX組件，見(jiàn)下表1。下文中在討論收發(fā)器的光學(xué)特性時(shí)，結(jié)合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的公開(kāi)情況，400G-DR4規(guī)格應(yīng)符合IEEEP802.3bs?‐2017，400G-FR4規(guī)格應(yīng)符合IEEE Std 802.3cu?‐2021。

  表 1 兩種應(yīng)用場(chǎng)景下的共封裝收發(fā)器收發(fā)鏈路組件規(guī)格選擇

  標(biāo)準(zhǔn)文件下載：https://www.ccita.net/standard/agree/