貴陽高密度多芯MT-FA光組件三維集成芯片

三維光子集成多芯MT-FA光耦合方案是應(yīng)對下一代數(shù)據(jù)中心與AI算力網(wǎng)絡(luò)帶寬瓶頸的重要技術(shù)突破。隨著800G/1.6T光模塊的規(guī)?；渴穑瑐鹘y(tǒng)二維平面光互聯(lián)面臨空間利用率低、耦合損耗大、密度擴展受限等挑戰(zhàn)。三維集成技術(shù)通過垂直堆疊光子層與電子層，結(jié)合多芯光纖陣列（MT-FA）的并行傳輸特性，實現(xiàn)了光信號在三維空間的高效耦合。具體而言，MT-FA組件采用42.5°端面全反射設(shè)計，配合低損耗MT插芯與高精度V槽基板，將多芯光纖的間距壓縮至127μm甚至更小，使得單個組件可支持12芯、24芯乃至更高密度的并行光傳輸。在三維架構(gòu)中，這些多芯MT-FA通過硅通孔（TSV）或銅柱凸點技術(shù)，與CMOS電子芯片進行垂直互連，形成光子-電子混合集成系統(tǒng)。Lightmatter的L200X芯片，通過3D集成實現(xiàn)64Tbps共封裝光學(xué)帶寬。貴陽高密度多芯MT-FA光組件三維集成芯片

標準化進程的推進，需解決三維多芯MT-FA在材料、工藝與測試環(huán)節(jié)的技術(shù)協(xié)同難題。在材料層面，全石英基板與耐高溫環(huán)氧樹脂的復(fù)合應(yīng)用，使光連接組件能適應(yīng)-40℃至85℃的寬溫工作環(huán)境，同時降低熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的應(yīng)力開裂風險。工藝方面，高精度研磨技術(shù)將光纖端面角度控制在42.5°±0.5°范圍內(nèi)，配合低損耗MT插芯的鍍膜處理，使反射率優(yōu)于-55dB，滿足高速信號傳輸?shù)目垢蓴_需求。測試標準則聚焦于多通道同步監(jiān)測，通過引入光學(xué)頻域反射計（OFDR），可實時檢測48芯通道的插損、回損及偏振依賴損耗（PDL），確保每一路光信號的傳輸質(zhì)量。當前，行業(yè)正推動建立覆蓋設(shè)計、制造、驗收的全鏈條標準體系，例如規(guī)定三維MT-FA的垂直堆疊層間對齊誤差需小于1μm，以避免通道間串擾。這些標準的實施，將加速光模塊從400G向1.6T及更高速率的迭代，同時推動三維光子芯片在超級計算機、6G通信等領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用。重慶三維光子互連多芯MT-FA光連接器在三維光子互連芯片中，可以集成光緩存器來暫存光信號，減少因信號等待而產(chǎn)生的損耗。

在CPO（共封裝光學(xué)）架構(gòu)中，三維集成多芯MT-FA通過板級高密度扇出連接，將光引擎與ASIC芯片的間距縮短至毫米級，明顯降低互連損耗與功耗。此外，該方案通過波分復(fù)用技術(shù)進一步擴展傳輸容量，如采用Z-block薄膜濾光片實現(xiàn)4波長合波，單根光纖傳輸容量提升至1.6Tbps。隨著AI大模型參數(shù)規(guī)模突破萬億級，數(shù)據(jù)中心對光互聯(lián)的帶寬密度與能效要求持續(xù)攀升，三維光子集成多芯MT-FA方案憑借其較低能耗、高集成度與可擴展性，將成為下一代光通信系統(tǒng)的標準配置，推動計算架構(gòu)向光子-電子深度融合的方向演進。

多芯MT-FA光收發(fā)組件在三維光子集成體系中的創(chuàng)新應(yīng)用，正推動光通信向超高速、低功耗方向加速演進。針對1.6T光模塊的研發(fā)需求，三維集成技術(shù)通過波導(dǎo)總線架構(gòu)將80個通道組織為20組四波長并行傳輸單元，使單模塊帶寬密度提升至10Tbps/mm2。多芯MT-FA組件在此架構(gòu)中承擔雙重角色：其微米級V槽間距精度確保了多芯光纖與光子芯片的亞波長級對準，而保偏型FA設(shè)計則維持了相干光通信所需的偏振態(tài)穩(wěn)定性。在能效優(yōu)化方面，三維集成使MT-FA組件與硅基調(diào)制器、鍺光電二極管的電容耦合降低60%，配合垂直p-n結(jié)微盤諧振器的低電壓驅(qū)動特性，系統(tǒng)整體功耗較傳統(tǒng)方案下降45%。市場預(yù)測表明，隨著AI大模型參數(shù)規(guī)模突破萬億級，數(shù)據(jù)中心對1.6T光模塊的年需求量將在2027年突破千萬只，而具備三維集成能力的多芯MT-FA組件將占據(jù)高級市場60%以上份額。該技術(shù)路線不僅解決了高速光互聯(lián)的密度瓶頸，更為6G通信、量子計算等前沿領(lǐng)域提供了低延遲、高可靠的物理層支撐?？蒲袡C構(gòu)與企業(yè)合作，加速三維光子互連芯片從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用場景。

三維光子互連技術(shù)通過電子與光子芯片的垂直堆疊，為MT-FA開辟了全新的應(yīng)用維度。傳統(tǒng)電互連在微米級銅線傳輸中面臨能耗與頻寬瓶頸，而三維光子架構(gòu)將光通信收發(fā)器直接集成于芯片堆疊層，利用2304個微米級銅錫鍵合點構(gòu)建光子立交橋，實現(xiàn)800Gb/s總帶寬與5.3Tb/s/mm2的單位面積數(shù)據(jù)密度。在此架構(gòu)中，MT-FA作為光信號進出芯片的關(guān)鍵接口，通過定制化端面角度（如8°至42.5°）與模斑轉(zhuǎn)換設(shè)計，實現(xiàn)與三維光子層的高效耦合。例如，采用45°端面MT-FA可完成垂直光路耦合，減少光信號在層間傳輸?shù)膿p耗；而集成Lens的FA模塊則能優(yōu)化光斑匹配，提升耦合效率。實驗數(shù)據(jù)顯示，三維光子互連架構(gòu)下的MT-FA通道能耗可低至50fJ/bit，較傳統(tǒng)方案降低70%，同時通過分布式回損檢測技術(shù)，可實時監(jiān)測FA內(nèi)部微裂紋與光纖微彎，將產(chǎn)品失效率控制在0.3%以下。隨著AI算力需求向Zettaflop級邁進，三維光子互連與MT-FA的深度融合將成為突破芯片間通信瓶頸的重要路徑，推動光互連技術(shù)向更高密度、更低功耗的方向演進。三維光子互連芯片的波分復(fù)用技術(shù)，實現(xiàn)單光纖多波長并行傳輸。西安基于多芯MT-FA的三維光子互連系統(tǒng)

三維光子互連芯片的化學(xué)鍍銅工藝，解決深孔電鍍填充缺陷問題。貴陽高密度多芯MT-FA光組件三維集成芯片

從技術(shù)實現(xiàn)層面看，多芯MT-FA光組件的集成需攻克三大重要挑戰(zhàn)：其一，高精度制造工藝要求光纖陣列的通道間距誤差控制在±0.5μm以內(nèi)，以確保與TSV孔徑的精確對齊；其二，低插損特性需通過特殊研磨工藝實現(xiàn)，典型產(chǎn)品插入損耗≤0.35dB，回波損耗≥60dB，滿足AI算力場景下長時間高負載運行的穩(wěn)定性需求；其三，熱應(yīng)力管理要求組件材料與硅基板的熱膨脹系數(shù)匹配度極高，避免因溫度波動導(dǎo)致的層間剝離。實際應(yīng)用中，該組件已成功應(yīng)用于1.6T光模塊的3D封裝，通過將光引擎與電芯片垂直堆疊，使單模塊封裝體積縮小40%，同時支持800G至1.6T速率的無縫升級。在AI服務(wù)器背板互聯(lián)場景下，MT-FA組件可實現(xiàn)每平方毫米10萬通道的光互連密度，較傳統(tǒng)方案提升2個數(shù)量級。這種技術(shù)突破不僅推動了三維芯片向更高集成度演進，更為下一代光計算架構(gòu)提供了基礎(chǔ)支撐，預(yù)示著光互連技術(shù)將成為突破內(nèi)存墻功耗墻的重要驅(qū)動力。貴陽高密度多芯MT-FA光組件三維集成芯片