你将学习:
- 为什么需要太比特级光模块。
- 如何实现太比特/s级光模块。
- 关键SiGe BiCMOS在发送IC。
云服务，视频流，高性能计算等数据密集型应用的日益普及，造成数据中心内光通信网络的不断增加的需求。这里，最表情光链路以高达400 GB / s的速度操作，例如4×100-GB / s通道。然而，数据中心运营商在几年后预测需要在几年内完成T比/ S能力的光收发器。
与此同时，协同封装的范例正在出现，以帮助光开关应对其输入的巨大带宽密度——很快将达到100terabits /s。在这些共封装光学器件中，硅(Si)光子收发器与高速电子电路紧密集成。
共同的研究挑战是明确的:同时增加光链路的容量和安装所需的收发器在越来越小的足迹。这将需要在电子和光子高速集成电路中进行创新，以构成收发器。
超过100 gbaud的信令速率
实现Terabit / S-Class光学收发器的一个选项是将信令率推向超过100 GBaud的信号率 - 波特率是每秒传输的符号数。在电子方面，这种速率可能超出即使是最先进的CMOS节点（例如FinFET）的能力，尤其是在可实现的模拟带宽方面。
到目前为止，>100 gbaud的速度主要是在磷化铟(InP)技术等领域。它们的晶圆尺寸较小，集成更复杂功能的能力较低，这使得在这类过程中进行缩放具有挑战性。虽然imec目前正在寻求在CMOS工艺上的III-V作为中长期的解决方案，但在短期内，在硅锗(SiGe) BiCMOS中集成新的电路架构可以成为实现超过100 Gbaud操作的解决方案。
科学家们imec-idlab.现在已经提出了一种新的发射器架构，该架构具有主流SiGe BICMOS工艺中制造的钥匙构建块。The resulting IC decodes 4x 30-Gbaud PAM-4 (or 4x 60-Gb/s NRZ) streams, and simultaneously multiplexes and equalizes these streams into a 120-Gbaud PAM-4 signal with >80-GHz bandwidth, 1.2-V p-p voltage swing, and 2200-mW power consumption. Since the 4-level pulse amplitude PAM-4 modulation format involves two bits per symbol (denoted as 00, 01, 10, and 11), this is the equivalent of a 240-Gb/s (single lane) transmitter.
创新架构中的关键SiGe BiCMOS组件
在传输IC中，一个多路复用器(MUX)将多个低速输入信号(比如来自数据中心内的CPU或GPU)组合成一个单一的全速率数据流。该流随后被均衡以补偿调制器和信道中的任何带宽损失。然后将高速均衡信号用作驱动程序的输入信号，驱动程序随后供给光调制器。
在传统的发射机体系结构中，均衡化是通过在先进的CMOS节点上使用数字信号处理器(DSP)来实现的。然后将均衡后的信号转换成模拟信号，输入驱动器。当需要高电压波动时，该驱动器目前采用III/V技术制造。
IDLabs的发射机IC架构实现了DSP滤波器的模拟信号处理变体，即带有有限脉冲响应(FIR)滤波器的7-tap混合信号快进均衡器(FFE)(图1)．此外，所有关键器件，即集成MUX、FFE和驱动器，均采用主流的55-nm SiGe BiCMOS技术制造。
120 gbaud PAM-4原型机
在原型发射器IC中，处理四个30-GBaud PAM-4输入信号以获得PAM-4信号的两个组件，即最小和最重要的位（MSB和LSB）信号。4xMSB和4XLSB信号被单独复用并由7分接FFE过滤。
滤波后的信号在输出级中组合以获得全速率120-GBaud PAM-4信号，馈送驱动器。发射器芯片在高速PCB上翻转芯片，以允许电气评估(图2)．与FinFET解决方案相比，该工作显示了运营率的加倍，并与基于INP的解决方案中获得的速度和功率密切相关。
未来的工作
> 100-GBaud芯片使进展能够朝着新一代光学收发器进行进展。它们将在多根光纤中或多个波长中传输这些信号，以实现T比特时代所需的比特率。除了早期描述的构建块外，该团队还在开展> 100-GBaud Transimpedaance放大器和调制器驱动器，高采样率ADC和100-GSAMPLE / S模拟时间交织器。
这些构建块也对开发新颖的相干收发器概念来说至关重要，该概念利用光场的相位和极化来进一步增加比特率。相干收发器目标光通信应用，其中低成本和低能量是关键目标。
更多的细节可以在2021CICC论文“在55nm BiCMOS中具有7-tap混合信号FFE的4-to-1 240gb /s am -4 MUX”中找到，作者是M. Verplaetse等人。要收到这张纸，请填上这个触点形式．
