湖南三維光子芯片多芯MT-FA光互連架構(gòu)

高密度多芯MT-FA光組件的三維集成方案，是應(yīng)對(duì)AI算力爆發(fā)式增長(zhǎng)背景下光通信系統(tǒng)升級(jí)需求的重要技術(shù)路徑。該方案通過(guò)將多芯光纖陣列（MT-FA）與三維集成技術(shù)深度融合，突破了傳統(tǒng)二維平面集成的空間限制，實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)傳輸密度與系統(tǒng)集成度的雙重提升。具體而言，MT-FA組件通過(guò)精密研磨工藝將光纖陣列端面加工為特定角度（如42.5°），結(jié)合低損耗MT插芯與V槽基板技術(shù)，形成多通道并行光路耦合結(jié)構(gòu)。在三維集成層面，該方案采用層間耦合器技術(shù)，將不同波導(dǎo)層的MT-FA陣列通過(guò)倏逝波耦合、光柵耦合或3D波導(dǎo)耦合方式垂直堆疊，構(gòu)建出立體化光傳輸網(wǎng)絡(luò)。例如，在800G/1.6T光模塊中，三維集成的MT-FA陣列可將16個(gè)光通道壓縮至傳統(tǒng)方案1/3的體積內(nèi)，同時(shí)通過(guò)優(yōu)化層間耦合效率，使插入損耗降低至0.2dB以下，滿(mǎn)足AI訓(xùn)練集群對(duì)低時(shí)延、高可靠性的嚴(yán)苛要求。三維光子互連芯片的高效互聯(lián)能力，將為設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換提供有力支持。湖南三維光子芯片多芯MT-FA光互連架構(gòu)

三維集成對(duì)MT-FA組件的制造工藝提出了變革性要求。為實(shí)現(xiàn)多芯精確對(duì)準(zhǔn)，需采用飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)構(gòu)建三維光波導(dǎo)耦合器，通過(guò)超短脈沖激光在玻璃基底上刻蝕出曲率半徑小于10微米的微透鏡陣列，使不同層的光信號(hào)耦合損耗控制在0.1dB以下。在封裝環(huán)節(jié)，混合鍵合技術(shù)成為關(guān)鍵突破點(diǎn)——通過(guò)銅-銅熱壓鍵合與聚合物粘接的復(fù)合工藝，可在200℃低溫下實(shí)現(xiàn)多層芯片的無(wú)縫連接，鍵合強(qiáng)度達(dá)20MPa，較傳統(tǒng)銀漿粘接提升3倍。此外，三維集成的MT-FA組件需通過(guò)-40℃至125℃的1000次熱循環(huán)測(cè)試，以及85%濕度環(huán)境下的1000小時(shí)可靠性驗(yàn)證，確保其在數(shù)據(jù)中心7×24小時(shí)運(yùn)行中的零失效表現(xiàn)。這種技術(shù)演進(jìn)正推動(dòng)光模塊從功能集成向系統(tǒng)集成跨越，為AI大模型訓(xùn)練所需的EB級(jí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互提供物理層支撐。重慶高密度多芯MT-FA光組件三維集成方案與傳統(tǒng)二維芯片相比，三維光子互連芯片在集成度上有了明顯提升，為更多功能模塊的集成提供了可能。

三維集成對(duì)高密度多芯MT-FA光組件的賦能體現(xiàn)在制造工藝與系統(tǒng)性能的雙重革新。在工藝層面，采用硅通孔（TSV）技術(shù)實(shí)現(xiàn)光路層與電路層的垂直互連，通過(guò)銅柱填充與絕緣層鈍化工藝，將層間信號(hào)傳輸速率提升至10Gbps/μm2，較傳統(tǒng)引線(xiàn)鍵合技術(shù)提高8倍。在系統(tǒng)層面，三維集成允許將光放大器、波分復(fù)用器等有源器件與MT-FA無(wú)源組件集成于同一封裝體內(nèi)，形成光子集成電路（PIC）。例如，在1.6T光模塊設(shè)計(jì)中，通過(guò)三維堆疊將8通道MT-FA與硅光調(diào)制器陣列垂直集成，使光耦合損耗從3dB降至0.8dB，系統(tǒng)誤碼率（BER）優(yōu)化至10?1?量級(jí)。這種立體化架構(gòu)還支持動(dòng)態(tài)重構(gòu)功能，可通過(guò)軟件定義調(diào)整光通道分配，使光模塊能適配從100G到1.6T的多種速率場(chǎng)景。隨著CPO（共封裝光學(xué)）技術(shù)的演進(jìn)，三維集成MT-FA芯片正成為實(shí)現(xiàn)光子與電子深度融合的重要載體，其每瓦特算力傳輸成本較傳統(tǒng)方案降低55%，為未來(lái)10Tbps級(jí)光互連提供了技術(shù)儲(chǔ)備。

三維芯片互連技術(shù)對(duì)MT-FA組件的性能提出了更高要求，推動(dòng)其向高精度、高可靠性方向演進(jìn)。在制造工藝層面，MT-FA的端面研磨角度需精確控制在8°至42.5°之間，以確保全反射條件下的低插損特性，而TSV的直徑已從早期的10μm縮小至3μm，深寬比突破20:1，這對(duì)MT-FA與芯片的共形貼裝提出了納米級(jí)對(duì)準(zhǔn)精度需求。熱管理方面，3D堆疊導(dǎo)致的熱密度激增要求MT-FA組件具備更優(yōu)的散熱設(shè)計(jì)，例如通過(guò)微流體通道與導(dǎo)熱硅基板的集成，將局部熱點(diǎn)溫度控制在70℃以下，保障光信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。在應(yīng)用場(chǎng)景上，該技術(shù)組合已滲透至AI訓(xùn)練集群、超級(jí)計(jì)算機(jī)及5G/6G基站等領(lǐng)域，例如在支持Infiniband光網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)中，MT-FA與TSV互連的協(xié)同作用使端口間延遲降至納秒級(jí)，滿(mǎn)足高并發(fā)數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)處理需求。隨著異質(zhì)集成標(biāo)準(zhǔn)的完善，多芯MT-FA與三維芯片互連技術(shù)將進(jìn)一步推動(dòng)光模塊向1.6T甚至3.2T速率演進(jìn)，成為下一代智能計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的重要支撐。在線(xiàn)游戲領(lǐng)域，三維光子互連芯片降低數(shù)據(jù)傳輸延遲，提升玩家沉浸式體驗(yàn)。

該標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)正推動(dòng)光組件與芯片異質(zhì)集成技術(shù)的深度融合。在制造工藝維度，三維互連標(biāo)準(zhǔn)明確要求MT-FA組件需兼容2.5D/3D封裝流程，包括晶圓級(jí)薄化、臨時(shí)鍵合解鍵合、熱壓鍵合等關(guān)鍵步驟。其中，晶圓薄化后的翹曲度需控制在5μm以?xún)?nèi)，以確保與TSV中介層的精確對(duì)準(zhǔn)。對(duì)于TGV技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定激光誘導(dǎo)濕法刻蝕的側(cè)壁垂直度需優(yōu)于85°，深寬比突破6:1限制，使玻璃基三維集成的信號(hào)完整性達(dá)到硅基方案的90%以上。在系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用層面，標(biāo)準(zhǔn)定義了多芯MT-FA與CPO（共封裝光學(xué)）架構(gòu)的接口規(guī)范，要求光引擎與ASIC芯片的垂直互連延遲低于2ps/mm，功耗密度不超過(guò)15pJ/bit。這種技術(shù)整合使得單模塊可支持1.6Tbps傳輸速率，同時(shí)將系統(tǒng)級(jí)功耗降低40%。值得關(guān)注的是，標(biāo)準(zhǔn)還納入了可靠性測(cè)試條款，包括-40℃至125℃溫度循環(huán)下的1000次熱沖擊測(cè)試、85%RH濕度環(huán)境下的1000小時(shí)穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)，確保三維互連結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)中心長(zhǎng)期運(yùn)行中的穩(wěn)定性。隨著AI大模型參數(shù)規(guī)模突破萬(wàn)億級(jí)，此類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的完善正為光通信與集成電路的協(xié)同創(chuàng)新提供關(guān)鍵技術(shù)底座。新能源汽車(chē)發(fā)展中，三維光子互連芯片優(yōu)化車(chē)載電子系統(tǒng)的信號(hào)傳輸性能。重慶高密度多芯MT-FA光組件三維集成方案

研究機(jī)構(gòu)發(fā)布報(bào)告，預(yù)測(cè)未來(lái)五年三維光子互連芯片市場(chǎng)規(guī)模將快速增長(zhǎng)。湖南三維光子芯片多芯MT-FA光互連架構(gòu)

基于多芯MT-FA的三維光子互連標(biāo)準(zhǔn)正成為推動(dòng)高速光通信技術(shù)革新的重要規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)聚焦于多芯光纖陣列（Multi-FiberTerminationFiberArray,MT-FA）與三維光子集成技術(shù)的深度融合，通過(guò)精密的光子器件布局與三維光波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)芯片間光信號(hào)的高效并行傳輸。多芯MT-FA作為關(guān)鍵組件，采用V形槽基板固定多根單?；蚨嗄９饫w，通過(guò)42.5°端面研磨實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的全反射耦合，結(jié)合低損耗MT插芯將通道間距控制在0.25mm以?xún)?nèi)，確保多路光信號(hào)在亞毫米級(jí)空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)零串?dāng)_傳輸。其重要優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)三維堆疊架構(gòu)突破傳統(tǒng)二維平面的密度限制，例如在800G光模塊中，80個(gè)光通信收發(fā)器可集成于0.3mm2芯片面積，單位面積數(shù)據(jù)密度達(dá)5.3Tb/s/mm2，較傳統(tǒng)方案提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。該標(biāo)準(zhǔn)還定義了光子器件與電子芯片的垂直互連規(guī)范，通過(guò)銅錫熱壓鍵合技術(shù)形成15μm間距的2304個(gè)互連點(diǎn)，既保證114.9MPa的機(jī)械強(qiáng)度，又將電容降至10fF，實(shí)現(xiàn)低功耗、高可靠的片上光電子集成。湖南三維光子芯片多芯MT-FA光互連架構(gòu)