Page 14 - LFWC_NovDec_2018_eMag
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Cover Story 封面故事
数据中心网络最终将从长期以来
决定体系架构的带宽延迟产品的约束
中解放出来。没有了这些限制，数据
中心可以释放出全部的计算潜能。即
将到来的集成光学时代，将为重新规
In-Package-Optics
划现有设计和发明全新的设计提供大
量可能性，从芯片一直到整个数据中
图3：Rockley Photonics公司的原型optoASIC包括
[9]
一个Layer-3路由ASIC，带有12个100Gbit/s以太网 心。 optoASIC 革命才刚刚开始。
端口、模拟驱动器和接收器电路，以及具有支持并
行单模光纤的光调制器和光电探测器的硅PIC。光
图2：传统的1RU交换机解决方案具有面板安装的
源在器件外部，光功率通过附加的输入光纤传送到 参考文献
单端口可插拔光收发器模块。集成光学实现了一种
传输PIC。每个100G端口（包括激光器）的总功率 1. J. Hamilton, “Data center networks are
新的解决方案，其中交换机ASIC芯片和几个多端
低于3W，比QSFP28收发器的典型功率低，而且还
口光学引擎组装在一个共同的衬底上。低功耗电气 in my way,” Stanford Clean Slate CTO
包括交换功能。
I/O针对封装而优化，用于驱动光学引擎。所有高 Summit, Stanford, CA (2009).
速I/O在光纤上进行上下传输，光纤直接连接到光
学引擎和面板安装的高密度无源光连接器上。 Analog CMOS Organic substrate 2. T. Prickett Morgan, “Feeding
chiplets & silicon
photonic PICs Fiber ribbons the insatiable bandwidth beast,”
接下来，尽管几何尺寸较大，但 nextplatform.com (Apr. 30, 2018).
是可以制造紧凑的波导弯曲，实现紧 3. B. Arimilli et al., “The PERCS high-
凑的结构，以匹配 ASIC SerDes（在 Switch performance interconnect,” IEEE Hot
ASIC
每个方向上在串行接口和并行接口之 Interconnects 18, Mountain View, CA,
间转换数据的串行器 / 反串行器）和 75–83 (Aug. 2010).
4. K. Hasharoni et al., “A high end
光纤阵列的密度（节距）。 Short-reach
electrical links Package routing platform for core and edge
另一个关键部件是调制器。与亚
图4：为了实现第三方集成，optoASIC必须支持将 applications based on chip to chip
微米平台中所需要的 M-Z 型调制器 CMOS芯片与来自不同供应商的光学引擎封装在一
起。这需要密切协作和/或标准化，以确保在高速 optical interconnect,” Proc. OFC,
相比，更大的模式尺寸能够使用更小 电气接口、光学管理接口、衬底材料、热管理和装 paper OTu3H.2, Anaheim, CA (2013).
和更节能的电吸收调制器（EAM）。 配流程方面的互操作性。 5. A. V. Krishnamoorthy et al., J.
这不但增加了带宽密度，还降低了功 对数据中心网络架构的影响 Lightwave Technol., 35, 15, 3103–
耗。此外，这些调制器可以由单级、 集成光学将通过产生更高通道数 3115 (Aug. 2017).
低压 CMOS 驱动电路驱动，进一步 量的光学引擎、更低的总部件成本（更 6. M. Akhter et al., “WaveLight: A
monolithic low latency silicon-
提高了能源效率优势，并且能在超过 少的部件、更少的封装）、更少的组
photonics communication platform
100Gbit/s 的速率下工作。 装步骤和高复合产量来降低光学链路
for the next-generation disaggregated
Rockley Photonics 公司已经为 的成本。集成还通过最小化用于电气
cloud data centers,” IEEE Hot
In-Package-Optics solutions 开发了一 I/O 的能量来降低能耗。此外，消除 Interconnects 25, Santa Clara, CA,
个技术平台，展示了所有这些特性， 面板安装的模块改善了气流，并增加 25–28 (Aug. 2017).
并且实施了一个原型 optoASIC，演 了可以通过密集光连接器连接的光纤 7. C. Minkenberg et al., J. Opt. Commun.
示了技术可行性和节能潜力（见图 数量。 Netw., 10, 7 (Jul. 2018).
[8]
3）。 为了扩展到更高的通道数量并 可能比改进成本、功率和密度度 8. G. Reed and A. Knights, Silicon
支持第三方集成，Rockley Photonics 量更为重要的，是数据中心网络架构 Photonics: An Introduction, Wiley
(Mar. 2004).
设想了另一种基于 optoASIC 的架构， 整体的潜在意义。一旦带宽 - 距离不
9. N. Kucharewski et al., “Network
其支持将 CMOS 芯片与来自硅光子 再像过去那样是重要的约束因素，架 architecture in the era of integrated
学供应商的多个光学引擎封装在一起 构师将可以自由地朝着更有效的优化 optics,” Proc. OFC, paper M3J.7, San
（见图 4）。 标准进行设计。 Diego, CA (2018).
12 Nov/ Dec 2018 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界
