信通院趙文玉：超100G光模塊技術(shù)多方競爭，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屆中國光博會在深圳開幕。在大會期間召開的“光器件、光模塊新技術(shù)進展與應(yīng)用論壇”上，中國信息通信研究院技術(shù)與標準研究所，寬帶網(wǎng)絡(luò)研究部主任趙文玉詳細介紹了超100G光模塊技術(shù)標準進展及發(fā)展趨勢。

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)方案呈多方競爭局面

趙文玉指出，當前超100G模塊技術(shù)方案呈現(xiàn)多維度革新的態(tài)勢。包括更多通道：光纖、波分復用、拓展波段、空分復用；更復雜調(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…；信號處理有直調(diào)直檢，也有相干。

目前來看，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)制復用與相干檢測；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，同時直調(diào)直檢方案主要覆蓋40KM以下應(yīng)用場景，此外單載波400G未來仍存在其他調(diào)制格式。

到了800G及以上速率則呈現(xiàn)多方競爭的局面。趙文玉指出，直調(diào)直檢近期800G樣品實現(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相干會出現(xiàn)不可插拔、可插拔并存，同時相干共封裝光學(CPO)或為未來一種可選方案。超800G，會沿用800G高集成方案，可插拔模式預(yù)計先期推進，CPO引入趨勢提升。

在趙文玉看來，面對直檢和相干技術(shù)競爭，受200Gbps PAM4受色散和MPI等影響，傳輸距離受限明顯，相干技術(shù)下沉趨勢明顯，1.6T速率有望相干技術(shù)下沉到10km應(yīng)用場景。

與此同時，硅光成為超高速光模塊領(lǐng)域關(guān)注熱點技術(shù)。目前除光源外的其他無源有源器件如分束器、復用/解復用器、調(diào)制器等均已初步成熟，進入可規(guī)模化生產(chǎn)階段；為了解決光源問題，硅光集成芯片通常采用混合集成方案；設(shè)計方面，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、制造、封裝，且設(shè)計、制造、封裝過程相互緊耦合；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)動模塊封裝技術(shù)持續(xù)革新，CPO成為超高速率信號封裝可選熱點方案。目前CPO關(guān)鍵技術(shù)在于交換芯片、混合信號IC、光學設(shè)備&Fabs、先進的封測技術(shù)、硅光技術(shù)等。

標準化工作已逐步開展

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

同時，多個技術(shù)聯(lián)盟和MSA開展超100G技術(shù)研究和標準規(guī)范制定，分別優(yōu)先側(cè)重短距互聯(lián)和長距互聯(lián)等差異化場景。

據(jù)悉，ITU-T側(cè)重城域超100G物理層標準制定；IEEE已啟動1.6T標準研究，當然200G/400G基于更高速率的標準也在超400G研究組同步推進；IPEC目前正在開展800G標準的研究工作，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，同時已啟動800G相干和CPO IA制定。

國內(nèi)的CCSA也已經(jīng)同步啟動800G標準制定和CPO研究。TC6 WG1 已經(jīng)完成城域和干線用400G WDM系統(tǒng)標準，并負責超100G光模塊標準制定。目前200G/400G整體標準趨于完成；800G各場景用模塊標準啟動；CPO已啟動研究課題“光電合封技術(shù)研究”相關(guān)工作。

趙文玉指出，超100G標準制定的進展看，400G及以下速率標準趨于穩(wěn)定，近期熱點主要聚焦在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)。當交換速率達到25.6Tb/s和51.2Tb/s時，利用CPO技術(shù)，可減少50%空間，15-20%功耗。不過CPO技術(shù)無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，一段時間內(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、強大的集成能力、強大規(guī)模制造能力等技術(shù)能力，未來潛在優(yōu)勢明顯。近年來國內(nèi)外也在積極布局硅光產(chǎn)業(yè)。

此外，共封裝光學+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展示樣機或商用計劃。主要由交換機廠商ARISTA、BROADCOM、CISCO，以及數(shù)據(jù)中心運營商/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 委員會虛擬會議時，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，探討混合封裝技術(shù)所面對的各種挑戰(zhàn)以及行業(yè)機會。

總的來說，趙文玉認為超100G光模塊技術(shù)方案未來的發(fā)展態(tài)勢將會是，CPO和可插拔長期共存，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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