3D集成光学电子联合设计的4 × 160 Gb/s低功耗高密度光学接收器与微波振器

科学领域:

• 光子学和光电子学.
• 集成电路设计 集成电路设计
• 高速通信系统的通信系统.

背景情况:

• 光学互连对于现代计算至关重要,要求更高的数据速率和能源效率.
• 现有的光子接收器在带宽,灵敏度和集成密度方面面临限制.
• 微环共振器 (MRR) 技术和光电子联合设计的进步提供了潜在的解决方案.

研究的目的:

• 开发和演示具有增强性能的3D集成光子接收器.
• 为了提高集成效,利用MRR过和芯片上板 (CoB) 翻转芯片组件.
• 为了评估接收器的数据速率,灵敏度,带宽和能源效率.

主要方法:

• 使用3D集成光子架构与MRR过器.
• 用于接收器集成的内置芯片 (CoB) 翻转芯片组件.
• 集成的感应峰值和均等,用于光电 (O-E) 带宽增强.
• 通过160 Gb/s的四级脉冲振幅调制 (PAM-4) 信号测试.

主要成果:

• 在四个道中实现了640 Gb/s的总数据速率.
• 已证明的MRR在半最大 (FWHM) 的狭窄全宽度为~0.46 nm (~57.5 GHz).
• 达到了 43 GHz 的 O-E 3 dB 带宽.
• 在160 Gb/s PAM-4的KP4-FEC值下,获得了2.25 dBm的接收器灵敏度.
• 实现了0.83 pJ/bit的优异能效,带宽密度为426.7 Gb/s/mm2.
• 实验证实了清洁的200 Gb/s眼睛图,显示了可扩展性.

结论:

• 展示的3D集成光子接收器展示了最先进的性能.
• 该架构对于xPU包和芯片间互连中的未来光学输入/输出 (I/O) 是高度可扩展的.
• 对于进一步优化来实现每条车道200 Gb/s的潜力存在.