南京多芯MT-FA光組件在三維光子芯片中的應(yīng)用

三維光子芯片與多芯MT-FA光連接方案的融合，正在重塑高速光通信系統(tǒng)的技術(shù)邊界。傳統(tǒng)光模塊中，電信號(hào)轉(zhuǎn)換與光信號(hào)傳輸?shù)姆蛛x設(shè)計(jì)導(dǎo)致功耗高、延遲大，難以滿足AI算力集群對(duì)低時(shí)延、高帶寬的嚴(yán)苛需求。而三維光子芯片通過(guò)將激光器、調(diào)制器、光電探測(cè)器等重要光電器件集成于單片硅基襯底，結(jié)合垂直堆疊的3D封裝工藝，實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)在芯片層間的直接傳輸。這種架構(gòu)下，多芯MT-FA組件作為光路耦合的關(guān)鍵接口，通過(guò)精密研磨工藝將光纖陣列端面加工為特定角度，配合低損耗MT插芯，可實(shí)現(xiàn)8芯、12芯乃至24芯光纖的高密度并行連接。例如，在800G/1.6T光模塊中，MT-FA的插入損耗可控制在0.35dB以下，回波損耗超過(guò)60dB，確保光信號(hào)在高速傳輸中的低損耗與高穩(wěn)定性。其多通道均勻性特性更可滿足AI訓(xùn)練場(chǎng)景下數(shù)據(jù)中心對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、高負(fù)載運(yùn)行的可靠性要求，為光模塊的小型化、集成化提供了物理基礎(chǔ)。在多芯片系統(tǒng)中，三維光子互連芯片可以實(shí)現(xiàn)芯片間的并行通信。南京多芯MT-FA光組件在三維光子芯片中的應(yīng)用

三維芯片傳輸技術(shù)對(duì)多芯MT-FA的工藝精度提出了嚴(yán)苛要求，推動(dòng)著光組件制造向亞微米級(jí)控制演進(jìn)。在三維堆疊場(chǎng)景中，多芯MT-FA的V槽加工精度需達(dá)到±0.5μm，光纖端面角度偏差需控制在±0.5°以內(nèi)，以確保與TSV垂直通道的精確對(duì)準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，制造流程中引入了雙光束干涉測(cè)量與原子力顯微鏡（AFM）檢測(cè)技術(shù)，可實(shí)時(shí)修正研磨過(guò)程中的角度偏差。同時(shí)，針對(duì)三維堆疊產(chǎn)生的熱應(yīng)力問(wèn)題，多芯MT-FA采用低熱膨脹系數(shù)（CTE）的玻璃基板與柔性粘接劑，使組件在-25℃至+70℃溫變范圍內(nèi)的通道偏移量小于0.1μm。在光信號(hào)耦合方面，三維傳輸架構(gòu)要求多芯MT-FA具備動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)能力，通過(guò)集成微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傾斜鏡，可實(shí)時(shí)調(diào)整各通道的光軸對(duì)齊度。這種設(shè)計(jì)在相干光通信測(cè)試中表現(xiàn)出色，當(dāng)應(yīng)用于1.6T光模塊時(shí)，多芯MT-FA的通道均勻性（ChannelUniformity）優(yōu)于0.2dB，滿足AI集群對(duì)大規(guī)模并行傳輸?shù)姆€(wěn)定性需求。隨著三維集成技術(shù)的成熟，多芯MT-FA正從數(shù)據(jù)中心擴(kuò)展至自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)、量子計(jì)算光互連等新興領(lǐng)域，成為突破摩爾定律限制的關(guān)鍵光子學(xué)解決方案。沈陽(yáng)多芯MT-FA光組件在三維芯片中的集成三維光子互連芯片的硅通孔技術(shù)，實(shí)現(xiàn)垂直電連接與熱耗散雙重功能。

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。

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，滿足AI訓(xùn)練集群對(duì)低時(shí)延、高可靠性的嚴(yán)苛要求。未來(lái)通信技術(shù)演進(jìn)中，三維光子互連芯片將成為支撐 6G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵組件。

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。通過(guò)使用三維光子互連芯片，企業(yè)可以構(gòu)建更加高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。南京多芯MT-FA光組件在三維光子芯片中的應(yīng)用

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)。南京多芯MT-FA光組件在三維光子芯片中的應(yīng)用

三維光子互連技術(shù)通過(guò)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(jí)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(gè)微米級(jí)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(hào)進(jìn)出芯片的關(guān)鍵接口，通過(guò)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(hào)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(shí)通過(guò)分布式回?fù)p檢測(cè)技術(shù)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jí)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(dòng)光互連技術(shù)向更高密度、更低功耗的方向演進(jìn)。南京多芯MT-FA光組件在三維光子芯片中的應(yīng)用