湖南多芯MT-FA光組件支持的三維光子互連

三維光子集成多芯MT-FA光接口方案是應(yīng)對AI算力爆發(fā)式增長與數(shù)據(jù)中心超高速互聯(lián)需求的重要技術(shù)突破。該方案通過將三維光子集成技術(shù)與多芯MT-FA（多纖終端光纖陣列）深度融合，實(shí)現(xiàn)了光子層與電子層在垂直維度的深度耦合。傳統(tǒng)二維光子集成受限于芯片面積，難以同時集成高密度光波導(dǎo)與大規(guī)模電子電路，而三維集成通過TSV（硅通孔）與銅柱凸點(diǎn)鍵合技術(shù)，將光子芯片與CMOS電子芯片垂直堆疊，形成80通道以上的超密集光子-電子混合系統(tǒng)。以某研究機(jī)構(gòu)展示的80通道三維集成芯片為例，其采用15μm間距的銅柱凸點(diǎn)陣列，通過2304個鍵合點(diǎn)實(shí)現(xiàn)光子層與電子層的低損耗互連，發(fā)射器與接收器單元分別集成20個波導(dǎo)總線，每個總線支持4個波長通道，實(shí)現(xiàn)了單芯片1.6Tbps的傳輸容量。這種設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)光模塊中光子與電子分離布局的帶寬瓶頸，使電光轉(zhuǎn)換能耗降至120fJ/bit，較早期二維方案降低50%以上。三維光子互連芯片不僅提升了數(shù)據(jù)傳輸速度，還降低了信號傳輸過程中的誤碼率。湖南多芯MT-FA光組件支持的三維光子互連

某團(tuán)隊(duì)采用低溫共燒陶瓷（LTCC）作為中間層，通過彈性模量梯度設(shè)計(jì)緩解熱應(yīng)力，使80通道三維芯片在-40℃至85℃溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定耦合。其三，低功耗光電轉(zhuǎn)換。針對接收端功耗過高的問題，某方案采用垂直p-n結(jié)鍺光電二極管，通過優(yōu)化耗盡區(qū)與光學(xué)模式的重疊，將響應(yīng)度提升至1A/W，同時電容降低至17fF，使10Gb/s信號接收時的能耗降至70fJ/bit。這些技術(shù)突破使得三維多芯MT-FA方案在800G/1.6T光模塊中展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢：相較于傳統(tǒng)可插拔光模塊，其功耗降低60%，空間占用減少50%，且支持CPO（光電共封裝）架構(gòu)下的光引擎與ASIC芯片直接互連，為AI訓(xùn)練集群的規(guī)?；渴鹛峁┝烁咝А⒌统杀镜慕鉀Q方案。銀川三維光子芯片用多芯MT-FA光耦合器三維光子互連芯片與人工智能算法融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與處理的智能協(xié)同。

基于多芯MT-FA的三維光子互連方案，通過將多纖終端光纖陣列（MT-FA）與三維集成技術(shù)深度融合，為光通信系統(tǒng)提供了高密度、低損耗的并行傳輸解決方案。MT-FA組件采用精密研磨工藝，將光纖陣列端面加工為特定角度（如42.5°），配合低損耗MT插芯與高精度V型槽基板，可實(shí)現(xiàn)多通道光信號的緊湊并行連接。在三維光子互連架構(gòu)中，MT-FA不僅承擔(dān)光信號的垂直耦合與水平分配功能，還通過其高通道均勻性（V槽間距公差±0.5μm）確保多路光信號傳輸?shù)囊恢滦?，滿足AI算力集群對數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量與穩(wěn)定性的嚴(yán)苛要求。例如，在400G/800G光模塊中，MT-FA可通過12芯或24芯并行傳輸，將單通道速率提升至33Gbps以上，同時通過三維堆疊設(shè)計(jì)減少模塊體積，適應(yīng)數(shù)據(jù)中心對設(shè)備緊湊性的需求。此外，MT-FA的高可靠性特性（如耐受85℃/85%RH環(huán)境測試）可降低光模塊在長時間高負(fù)荷運(yùn)行中的維護(hù)成本，其高集成度特性還能在系統(tǒng)層面優(yōu)化布線復(fù)雜度，為大規(guī)模AI訓(xùn)練提供高效、穩(wěn)定的光互連支撐。

在三維光子互連芯片的多芯MT-FA光組件集成實(shí)踐中，模塊化設(shè)計(jì)與可擴(kuò)展性成為重要技術(shù)方向。通過將光引擎、驅(qū)動芯片和MT-FA組件集成于同一基板，可形成標(biāo)準(zhǔn)化功能單元，支持按需組合以適應(yīng)不同規(guī)模的光互連需求。例如，采用硅基光電子工藝制備的光引擎可與多芯MT-FA直接鍵合，形成從光信號調(diào)制到光纖耦合的全流程集成，減少中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)帶來的損耗。針對高密度封裝帶來的散熱挑戰(zhàn)，該方案引入微通道液冷或石墨烯導(dǎo)熱層等新型熱管理技術(shù)，確保在10W/cm2以上的功率密度下穩(wěn)定運(yùn)行。測試數(shù)據(jù)顯示，采用三維集成方案的MT-FA組件在85℃高溫環(huán)境中，插損波動小于0.1dB，回波損耗優(yōu)于-30dB，滿足5G前傳、城域網(wǎng)等嚴(yán)苛場景的可靠性要求。未來，隨著光子集成電路（PIC）技術(shù)的進(jìn)一步成熟，多芯MT-FA方案有望向128芯及以上規(guī)模演進(jìn)，為全光交換網(wǎng)絡(luò)和量子通信等前沿領(lǐng)域提供底層支撐。Lightmatter的M1000芯片，通過256根光纖接口突破傳統(tǒng)CPO限制。

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(diǎn)構(gòu)建光子立交橋，實(shí)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(jìn)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(jì)，實(shí)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(shí)驗(yàn)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?fù)p檢測技術(shù)，可實(shí)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(jìn)，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(jìn)。三維光子互連芯片通過先進(jìn)鍍膜工藝，增強(qiáng)光學(xué)元件的穩(wěn)定性與耐用性。成都多芯MT-FA光組件在三維芯片中的集成

在人工智能領(lǐng)域，三維光子互連芯片能夠加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和推理過程。湖南多芯MT-FA光組件支持的三維光子互連

多芯MT-FA在三維光子集成系統(tǒng)中的創(chuàng)新應(yīng)用，明顯提升了光收發(fā)模塊的并行傳輸能力與系統(tǒng)可靠性。傳統(tǒng)并行光模塊依賴外部光纖跳線實(shí)現(xiàn)多通道連接，存在布線復(fù)雜、損耗波動大等問題，而三維集成架構(gòu)將MT-FA直接嵌入光子芯片封裝層，通過陣列波導(dǎo)與微透鏡的協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了80路光信號在芯片級尺度上的同步收發(fā)。這種內(nèi)嵌式連接方案將光路損耗控制在0.2dB/通道以內(nèi)，較傳統(tǒng)方案降低60%，同時通過熱壓鍵合工藝確保了銅柱凸點(diǎn)在10μm直徑下的長期穩(wěn)定性，使模塊在85℃高溫環(huán)境下仍能保持誤碼率低于1e-12。更關(guān)鍵的是，MT-FA的多通道均勻性特性解決了三維集成中因?qū)娱g堆疊導(dǎo)致的光功率差異問題，通過動態(tài)調(diào)整各通道耦合系數(shù)，確保了80路信號在800Gbps傳輸速率下的同步性。隨著AI算力集群對1.6T光模塊需求的爆發(fā)，這種將多芯MT-FA與三維光子集成深度結(jié)合的技術(shù)路徑，正成為突破光互連功耗墻與密度墻的重要解決方案，為下一代超算中心與智能數(shù)據(jù)中心的光傳輸架構(gòu)提供了變革性范式。湖南多芯MT-FA光組件支持的三維光子互連