中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
9月23日，阿里巴巴研制的面向下一代數據中心網(wǎng)絡(luò )、基于硅光技術(shù)的400G DR4光模塊全球首發(fā)，并將于25-27日的杭州云棲大會(huì )上進(jìn)行現場(chǎng)首展。這是阿里繼2016, 2017年40G和100G自研光模塊全面部署后，在光互連領(lǐng)域的又一個(gè)重要技術(shù)進(jìn)展和里程碑。和現階段通行的100G光模塊相比，網(wǎng)速將提升四倍。此項技術(shù)將為阿里巴巴基礎設施下一代光電一體化集成打下基礎，預計2020年下半年將在阿里全球數據中心投入使用，并逐步為阿里云的全球云計算客戶(hù)提供服務(wù)。
云計算和大數據的快速發(fā)展和廣泛應用，對數據中心網(wǎng)絡(luò )和光互連技術(shù)提出了很高的要求。從行業(yè)來(lái)看，數據中心網(wǎng)絡(luò )流量基本每一、兩年翻一番，光模塊技術(shù)每3-4年就更新?lián)Q代一次。目前數據中心網(wǎng)絡(luò )普遍大量采用100G光模塊，明年400G光模塊將開(kāi)始大規模部署，預計4, 5年之后光模塊的速率將達到1T以上。
如何在成本、功耗和尺寸保持不變的情況下來(lái)大幅提高光模塊速率、滿(mǎn)足云計算和大數據對大帶寬數據傳輸的需求，是可持續發(fā)展光互連技術(shù)的關(guān)鍵、是光技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)很大挑戰。硅光集成是解決這個(gè)挑戰的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
這項技術(shù)通過(guò)把大量的光器件集成到單個(gè)硅光芯片上來(lái)大幅降低光模塊的尺寸、簡(jiǎn)化光模塊的設計和生產(chǎn);它利用現有的集成電路生產(chǎn)工藝和技術(shù)，實(shí)現晶圓尺度的測試和封裝，來(lái)大幅降低硅光芯片的生產(chǎn)成本;它通過(guò)把大量的光器件集成在一起來(lái)減少信號傳輸的損傷、降低信號處理的功耗。由于硅光集成和CMOS集成電路采用相同的材料和生產(chǎn)工藝，硅光技術(shù)可以和集成電路技術(shù)相結合，最終達到光芯片和電芯片的一體化集成，來(lái)實(shí)現芯片和芯片間甚至芯片內部光互連，解決電芯片接口(I/O)帶寬瓶頸問(wèn)題。
圖1 阿里巴巴 硅光400G QSFP-DD DR4光模塊外形圖
阿里巴巴 硅光400G DR4光模塊外形采用了QSFP-DD封裝，和現在的100G光模塊相比，帶寬密度提高了四倍。
圖2 阿里巴巴硅光400G QSFP-DD DR4光模塊內部結構圖
就光模塊內部結構圖來(lái)看，整個(gè)模塊由三部分組成：數字信號處理芯片DSP、阿里巴巴光引擎APE(Alibaba Photonics Engine )、光纖陣列FA及接頭MPO。APE封裝集成了基本所有的光電轉換器件，大大簡(jiǎn)化了模塊的設計和生產(chǎn)。該DR4光模塊將用于阿里巴巴數據中心網(wǎng)絡(luò )中交換機和交換機之間連接，距離可達1公里。
阿里巴巴基礎設施近幾年著(zhù)手于硅光領(lǐng)域布局，通過(guò)和產(chǎn)業(yè)界經(jīng)驗豐富的Elenion和海信寬帶的深入合作及聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，打通了從硅光芯片的設計、封裝、測試到光模塊的設計、封裝、生產(chǎn)、測試整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條。這次硅光400GDR4光模塊的研制成功，是阿里巴巴長(cháng)期技術(shù)投入和積累的結果，也開(kāi)啟產(chǎn)業(yè)生態(tài)共同進(jìn)步的基石。
