陜西三維光子互連芯片

從工藝實(shí)現(xiàn)層面看，多芯MT-FA光組件的三維耦合技術(shù)涉及多學(xué)科交叉的精密制造流程。首先，光纖陣列的制備需通過(guò)V-Groove基片實(shí)現(xiàn)光纖的等間距排列，并采用UV膠水或混合膠水進(jìn)行固定，確保通道間距誤差小于0.5μm。隨后，利用高精度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)將研磨后的MT-FA組件與光芯片進(jìn)行垂直對(duì)準(zhǔn)，這一過(guò)程需依賴亞微米級(jí)的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)耦合效率動(dòng)態(tài)調(diào)整位置。在封裝環(huán)節(jié)，三維耦合技術(shù)采用非氣密性或氣密性封裝方案，前者通過(guò)點(diǎn)膠固化實(shí)現(xiàn)機(jī)械固定，后者則需在氮?dú)猸h(huán)境中完成焊接，以防止水汽侵入導(dǎo)致的性能衰減。三維光子互連芯片的垂直光柵耦合器，提升層間光信號(hào)耦合效率。陜西三維光子互連芯片

從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化層面看，三維光子芯片多芯MT-FA光互連需建立涵蓋設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試的全鏈條規(guī)范。在芯片級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，需定義三維堆疊的層間對(duì)準(zhǔn)精度（≤1μm）、銅錫鍵合的剪切強(qiáng)度（≥100MPa）以及光子層與電子層的熱膨脹系數(shù)匹配（CTE差異≤2ppm/℃），以確保高速信號(hào)傳輸?shù)耐暾浴ａ槍?duì)MT-FA組件，需制定光纖陣列的端面角度公差（±0.5°）、通道間距一致性（±0.2μm）以及插芯材料折射率控制（1.44±0.01）等參數(shù)，保障多芯并行耦合時(shí)的光功率均衡性。在系統(tǒng)級(jí)測(cè)試方面，需建立包含光學(xué)頻譜分析、誤碼率測(cè)試、熱循環(huán)可靠性驗(yàn)證的多維度評(píng)估體系，例如要求在-40℃至85℃溫度沖擊下，80通道并行傳輸?shù)恼`碼率波動(dòng)不超過(guò)0.5dB。當(dāng)前，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織已啟動(dòng)相關(guān)草案編制，重點(diǎn)解決三維光子芯片與CPO（共封裝光學(xué)）架構(gòu)的兼容性問(wèn)題，包括光引擎與MT-FA的接口定義、硅波導(dǎo)與光纖陣列的模場(chǎng)匹配標(biāo)準(zhǔn)等。隨著1.6T光模塊商業(yè)化進(jìn)程加速，預(yù)計(jì)到2027年，符合三維光互連標(biāo)準(zhǔn)的MT-FA組件市場(chǎng)規(guī)模將突破12億美元，成為支撐AI算力基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)的重要器件。江蘇三維光子互連芯片供貨商三維光子互連芯片的設(shè)計(jì)還兼顧了電磁兼容性，確保了芯片在復(fù)雜電磁環(huán)境中的穩(wěn)定運(yùn)行。

該技術(shù)對(duì)材料的選擇極為苛刻，例如MT插芯需采用低損耗的陶瓷或玻璃材質(zhì)，而粘接膠水需同時(shí)滿足光透過(guò)率、熱膨脹系數(shù)匹配以及耐85℃/85%RH高溫高濕測(cè)試的要求。實(shí)際應(yīng)用中，三維耦合技術(shù)已成功應(yīng)用于400G/800G光模塊的并行傳輸場(chǎng)景，其高集成度特性使單模塊體積縮小40%，布線復(fù)雜度降低60%，為數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模部署提供了關(guān)鍵支撐。隨著CPO（共封裝光學(xué)）技術(shù)的興起，三維耦合技術(shù)將進(jìn)一步向芯片級(jí)集成演進(jìn)，通過(guò)將MT-FA與光引擎直接集成在硅基襯底上，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)從光纖到芯片的零距離傳輸，推動(dòng)光通信系統(tǒng)向更高速率、更低功耗的方向突破。

三維集成技術(shù)對(duì)MT-FA組件的性能優(yōu)化體現(xiàn)在多維度協(xié)同創(chuàng)新上。首先，在空間利用率方面，三維堆疊結(jié)構(gòu)使光模塊內(nèi)部布線密度提升3倍以上，單模塊可支持的光通道數(shù)從16路擴(kuò)展至48路，直接推動(dòng)數(shù)據(jù)中心機(jī)架級(jí)算力密度提升。其次，通過(guò)引入飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)，可在三維集成基板上直接加工復(fù)雜光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)MT-FA陣列與透鏡陣列、隔離器等組件的一體化集成，減少傳統(tǒng)方案中分立器件的對(duì)接損耗。例如，在相干光通信場(chǎng)景中，三維集成的保偏MT-FA陣列可將偏振態(tài)保持誤差控制在0.1°以內(nèi)，明顯提升相干接收機(jī)的信噪比。此外，該方案通過(guò)優(yōu)化熱管理設(shè)計(jì)，采用微熱管與高導(dǎo)熱材料復(fù)合結(jié)構(gòu)，使MT-FA組件在85℃高溫環(huán)境下仍能保持通道間功率差異小于0.5dB，滿足AI算力中心7×24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行需求。從系統(tǒng)成本角度看，三維集成方案通過(guò)減少光模塊內(nèi)部連接器數(shù)量，可使單通道傳輸成本降低40%，為大規(guī)模AI基礎(chǔ)設(shè)施部署提供經(jīng)濟(jì)性支撐。Lightmatter公司發(fā)布的M1000芯片，通過(guò)3D光子互連層提供114Tbps總帶寬。

三維光子芯片的能效突破與算力擴(kuò)展需求，進(jìn)一步凸顯了多芯MT-FA的戰(zhàn)略價(jià)值。隨著AI訓(xùn)練集群規(guī)模突破百萬(wàn)級(jí)GPU互聯(lián)，芯片間數(shù)據(jù)傳輸功耗已占系統(tǒng)總功耗的30%以上，傳統(tǒng)電互連方案面臨帶寬瓶頸與熱管理難題。多芯MT-FA通過(guò)光子-電子混合集成技術(shù)，將光信號(hào)傳輸能效提升至120fJ/bit以下，較銅纜互連降低85%。其高精度對(duì)準(zhǔn)工藝（對(duì)準(zhǔn)精度±1μm）確保多芯通道間損耗差異小于0.1dB，支持80通道并行傳輸時(shí)仍能維持誤碼率低于10?12。在三維架構(gòu)中，MT-FA可與微環(huán)調(diào)制器、鍺硅探測(cè)器等光子器件共封裝，形成光互連立交橋：發(fā)射端通過(guò)MT-FA將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為多路光信號(hào)，經(jīng)垂直波導(dǎo)傳輸至接收端后，再由另一組MT-FA完成光-電轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)芯片間800Gb/s級(jí)無(wú)阻塞通信。這種架構(gòu)使芯片間通信帶寬密度達(dá)到5.3Tbps/mm2，較二維方案提升10倍，同時(shí)通過(guò)減少長(zhǎng)距離銅纜連接，將系統(tǒng)級(jí)功耗降低40%。隨著三維光子芯片向1.6T及以上速率演進(jìn)，多芯MT-FA的定制化能力（如保偏光纖陣列、角度可調(diào)端面）將成為突破物理層互連瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)路徑。三維光子互連芯片能夠有效解決傳統(tǒng)二維芯片在帶寬密度上的瓶頸，滿足高性能計(jì)算的需求。西藏玻璃基三維光子互連芯片

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，三維光子互連芯片保障設(shè)備間高速、低延遲數(shù)據(jù)交互。陜西三維光子互連芯片

三維光子芯片多芯MT-FA架構(gòu)的技術(shù)突破，本質(zhì)上解決了高算力場(chǎng)景下存儲(chǔ)墻與通信墻的雙重約束。在AI大模型訓(xùn)練中，參數(shù)服務(wù)器與計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)吞吐量需求已突破TB/s量級(jí)，傳統(tǒng)電互連因RC延遲與功耗問(wèn)題成為性能瓶頸。而該架構(gòu)通過(guò)光子-電子混合鍵合技術(shù)，將80個(gè)微盤調(diào)制器與鍺硅探測(cè)器直接集成于CMOS電子芯片上方，形成0.3mm2的光子互連層。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，其80通道并行傳輸總帶寬達(dá)800Gb/s，單比特能耗只50fJ，較銅纜互連降低87%。更關(guān)鍵的是，三維堆疊結(jié)構(gòu)通過(guò)硅通孔（TSV）實(shí)現(xiàn)熱管理與電氣互連的垂直集成，使光模塊工作溫度穩(wěn)定在-25℃至+70℃范圍內(nèi)，滿足7×24小時(shí)高負(fù)荷運(yùn)行需求。此外，該架構(gòu)兼容現(xiàn)有28nmCMOS制造工藝，通過(guò)銅錫熱壓鍵合形成15μm間距的2304個(gè)互連點(diǎn)，既保持了114.9MPa的剪切強(qiáng)度，又通過(guò)被動(dòng)-主動(dòng)混合對(duì)準(zhǔn)技術(shù)將層間錯(cuò)位容忍度提升至±0.5μm，為大規(guī)模量產(chǎn)提供了工藝可行性。這種從材料到系統(tǒng)的全鏈條創(chuàng)新，正推動(dòng)光互連技術(shù)從輔助連接向重要算力載體演進(jìn)。陜西三維光子互連芯片