【光电通信】光模块技术的发展趋势：硅光\\相干\\LPO\\LRO\\CPO

今日光电 2024-05-23 18:02

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今日光电

有人说，20世纪是电的世纪，21世纪是光的世纪；知光解电，再小的个体都可以被赋能。追光逐电，光赢未来...欢迎来到今日光电！

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在光模块通信领域，存在着一些关键的痛点和迫切的需求。

1、数据中心的快速发展带来了对更高带宽、更低功耗和更小尺寸光模块的强烈需求。当前的光模块在传输大量数据时可能会出现带宽瓶颈，难以满足日益增长的业务需求。

2、信号传输质量也是一个重要问题。长距离传输中的信号衰减和失真，影响着通信的稳定性和可靠性。

3、成本也是不容忽视的痛点。传统光模块的制造和维护成本较高，限制了其更广泛的应用。

为了解决这些痛点和满足需求，硅光（sip）技术应运而生，它具有高集成度和低成本的优势，有助于提升光模块性能并降低成本。相干技术可实现长距离、高速率的传输，保障信号质量。线性驱动可插拔光模块 LPO 能在一定程度上降低功耗和成本。半重定时线性链接（LRO）提升了信号传输的稳定性。光电共封装技术（CPO）更是将光与电紧密结合，提高整体性能。

硅光（sip）技术

硅光解决方案集成度高，同时在峰值速度、能耗、成本等方面均具有良好表现，因而是光模块未来的重要发展方向之一。硅光子技术是基于硅和硅基衬底材料，利用现有 CMOS 工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。鉴于良率和损耗问题，硅光模块方案的整体优势尚不明显，但在超 400G 的短距场景、相干光场景中，硅光模块的低成本优势或许会使得其成为数据中心网络向 400G 升级的主流产品。

相干技术

数据中心光互联方案可根据其传输距离来选择两种支撑技术，一种是直接探测技术，另一种是相干探测技术。相干探测凭借着高容量、高信噪比等优势在城域网内的长距离 DCI 互联中得到广泛应用，而直接探测的应用场景更适合相对短距离互联。随着单通道传输速率的提高，现代光通信领域越来越多的应用场景开始用到相干光传输技术，相干技术也从过去的骨干网下沉到城域甚至边缘接入网。

数据中心之间为实现数据直连通道，提高网络传输质量，需要用 400G、800G 等相干光模块来解决数据中心之间的 DCI 互联应用场景。旭创在产品研发和技术研究方面持续重点投入，公司的相干产品支持 5G 回传、边缘网络、城域和 DCI 互连等应用，目前 400G 全系列相干产品已实现批量发货。

线性驱动可插拔光模块 LPO

线性驱动可插拨光模块（linear drive pluggable optics），是指采用了线性直驱技术，去除传统的 DSP（数字信号处理）/CDR（时钟数据恢复）芯片，光模块中，只留下具有高线性度的 Driver（驱动芯片）和 TIA（Trans-Impedance Amplifier，跨阻放大器），并分别集成 CTLE（Continuous Time LinearEqualization，连续时间线性均衡）和 EQ（Equalization，均衡）功能，实现系统降功耗、降延迟的优势，但系统误码率和传输距离有所牺牲。

根据 Macom 的数据，具有 DSP 功能的 800G 多模光模块的功耗可超过 13W，而利用 MACOM PURE DRIVE 技术的 800G 多模光模块功耗低于 4W。行业普遍认为，LPO只适用于特定的短距离应用场景。例如，数据中心机柜内服务器到交换机的连接，以及数据中心机柜间的连接等。

自 2023 年 OFC 展会 LPO 便备受行业关注，它摒弃了传统的 DSP 或 CDR，从而实现了更为出色的功耗和成本控制，同时显著降低了延迟，为光通信领域带来了革命性的变革。报告期内来看，LPO 的标准化还处于早期阶段，在互联互通上可能会存在一些挑战。对于企业来说，如果采用 LPO，需要具备一定的技术能力，能够制定技术规格和方案，能够探索设备和模块的边界条件，能够进行大量的集成、互联互通测试。

半重定时线性链接（LRO）

Linear Receive Optics 或称“HALO” (半重定时线性光连接 Half-retimed Linear Optics) 架构进行优化。在 LRO 收发器或有源光缆(AOC)中，只需在从电口输入到光口输出的传输路径上放置一个用于信号重定时和均衡的 DSP，接收端采用线性设计。该方案在满足互操作性及标准的同时，使整体功耗大幅降低。其优势和弊端是介于传统方案和 LPO 方案之间，总体来看，LRO 被定义为 DSP 和 LPO 光模块的过度技术。