北京多芯MT-FA光組件支持的三維芯片架構(gòu)

多芯MT-FA光組件作為三維光子互連技術(shù)的重要載體，通過精密的多芯光纖陣列設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)在微米級(jí)空間內(nèi)的高效并行傳輸。其重要優(yōu)勢(shì)在于將多根單模/多模光纖以陣列形式集成于MT插芯中，配合45°或8°~42.5°的定制化端面研磨工藝，形成全反射光路，使光信號(hào)在芯片間傳輸時(shí)的插入損耗可低至0.35dB，回波損耗超過60dB。這種設(shè)計(jì)不僅突破了傳統(tǒng)電子互連的帶寬瓶頸，更通過三維堆疊技術(shù)將光子器件與電子芯片直接集成，例如在800G/1.6T光模塊中，MT-FA組件可承載2304條并行光通道，單位面積數(shù)據(jù)密度達(dá)5.3Tb/s/mm2，相比銅線互連的能效提升超90%。其應(yīng)用場(chǎng)景已從數(shù)據(jù)中心擴(kuò)展至AI訓(xùn)練集群，在400G/800G光模塊中，MT-FA通過保偏光纖陣列與硅光芯片的耦合，實(shí)現(xiàn)了80通道并行傳輸下的總帶寬800Gb/s，單比特能耗只50fJ，為高密度計(jì)算提供了低延遲、高可靠性的光互連解決方案。三維光子互連芯片憑借其高速、低耗、大帶寬的優(yōu)勢(shì)。北京多芯MT-FA光組件支持的三維芯片架構(gòu)

多芯MT-FA光連接器在三維光子互連體系中的技術(shù)突破，集中體現(xiàn)在高密度集成與低損耗傳輸?shù)钠胶馍稀ａ槍?duì)芯片內(nèi)部毫米級(jí)空間限制，該器件采用空芯光纖與少模光纖的混合設(shè)計(jì)，通過模分復(fù)用技術(shù)將單纖傳輸容量提升至400Gbps。其重要?jiǎng)?chuàng)新在于三維波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制造工藝：利用深紫外光刻在硅基底上刻蝕出垂直通孔，通過化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度低于1nm，再采用原子層沉積（ALD）技術(shù)包覆氧化鋁薄膜以降低傳輸損耗。在光耦合方面，多芯MT-FA集成微透鏡陣列與保偏光子晶體光纖，通過自適應(yīng)對(duì)準(zhǔn)算法將耦合損耗控制在0.2dB以下。實(shí)際應(yīng)用中，該器件支持CPO/LPO架構(gòu)的800G光模塊，在40℃高溫環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)后，誤碼率仍維持在10?12量級(jí)。這種性能突破使得數(shù)據(jù)中心交換機(jī)端口密度從12.8T提升至51.2T，同時(shí)將光模塊功耗占比從28%降至14%，為構(gòu)建綠色AI基礎(chǔ)設(shè)施提供了技術(shù)路徑。濟(jì)南多芯MT-FA光組件三維芯片互連標(biāo)準(zhǔn)三維光子互連芯片的垂直堆疊設(shè)計(jì)，為芯片內(nèi)部的熱量管理提供了更大的空間。

三維光子互連芯片是一種將光子器件與電子器件集成在同一芯片上，并通過三維集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片間高速互連的新型芯片。其工作原理主要基于光子傳輸?shù)母咚佟⒌蛽p耗特性，利用光子在微納米量級(jí)結(jié)構(gòu)中的傳輸和處理能力，實(shí)現(xiàn)芯片間的高效互連。在三維光子互連芯片中，光子器件負(fù)責(zé)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并通過光波導(dǎo)等結(jié)構(gòu)在芯片內(nèi)部或芯片間進(jìn)行傳輸。光信號(hào)在傳輸過程中幾乎不受電阻、電容等電子元件的影響，因此能夠?qū)崿F(xiàn)極高的傳輸速率和極低的傳輸損耗。同時(shí)，三維集成技術(shù)使得不同層次的芯片層可以通過垂直互連技術(shù)（如TSV）實(shí)現(xiàn)緊密堆疊，進(jìn)一步縮短了信號(hào)傳輸距離，降低了傳輸延遲和功耗。

基于多芯MT-FA的三維光子互連系統(tǒng)是當(dāng)前光通信與集成電路融合領(lǐng)域的前沿技術(shù)突破，其重要價(jià)值在于通過多芯光纖陣列（Multi-FiberTerminationFiberArray）與三維光子集成的深度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速率、能效比和集成密度的變革性提升。多芯MT-FA組件采用精密研磨工藝將光纖端面加工為42.5°全反射角，配合低損耗MT插芯和亞微米級(jí)V槽（V-Groove）陣列，可在單根連接器中集成8至128根光纖，形成高密度并行光通道。這種設(shè)計(jì)使三維光子互連系統(tǒng)能夠突破傳統(tǒng)二維平面互連的物理限制，通過垂直堆疊的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的三維傳輸。例如，在800G/1.6T光模塊中，多芯MT-FA可支持80個(gè)并行光通道，單通道能耗低至120fJ/bit，較傳統(tǒng)電互連降低85%以上，同時(shí)將帶寬密度提升至每平方毫米10Tbps量級(jí)。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在信號(hào)完整性方面：V槽pitch公差控制在±0.5μm以內(nèi)，確保多通道光信號(hào)傳輸?shù)囊恢滦浴Ｑ芯繖C(jī)構(gòu)發(fā)布報(bào)告，預(yù)測(cè)未來五年三維光子互連芯片市場(chǎng)規(guī)模將快速增長(zhǎng)。

多芯MT-FA光收發(fā)組件在三維光子集成體系中的創(chuàng)新應(yīng)用，正推動(dòng)光通信向超高速、低功耗方向加速演進(jìn)。針對(duì)1.6T光模塊的研發(fā)需求，三維集成技術(shù)通過波導(dǎo)總線架構(gòu)將80個(gè)通道組織為20組四波長(zhǎng)并行傳輸單元，使單模塊帶寬密度提升至10Tbps/mm2。多芯MT-FA組件在此架構(gòu)中承擔(dān)雙重角色：其微米級(jí)V槽間距精度確保了多芯光纖與光子芯片的亞波長(zhǎng)級(jí)對(duì)準(zhǔn)，而保偏型FA設(shè)計(jì)則維持了相干光通信所需的偏振態(tài)穩(wěn)定性。在能效優(yōu)化方面，三維集成使MT-FA組件與硅基調(diào)制器、鍺光電二極管的電容耦合降低60%，配合垂直p-n結(jié)微盤諧振器的低電壓驅(qū)動(dòng)特性，系統(tǒng)整體功耗較傳統(tǒng)方案下降45%。市場(chǎng)預(yù)測(cè)表明，隨著AI大模型參數(shù)規(guī)模突破萬億級(jí)，數(shù)據(jù)中心對(duì)1.6T光模塊的年需求量將在2027年突破千萬只，而具備三維集成能力的多芯MT-FA組件將占據(jù)高級(jí)市場(chǎng)60%以上份額。該技術(shù)路線不僅解決了高速光互聯(lián)的密度瓶頸，更為6G通信、量子計(jì)算等前沿領(lǐng)域提供了低延遲、高可靠的物理層支撐。氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)，三維光子互連芯片助力氣象數(shù)據(jù)的快速收集與分析預(yù)測(cè)。呼和浩特三維光子互連多芯MT-FA光纖連接器

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。北京多芯MT-FA光組件支持的三維芯片架構(gòu)

在工藝實(shí)現(xiàn)層面，三維光子互連芯片的多芯MT-FA封裝需攻克多重技術(shù)挑戰(zhàn)。光纖陣列的制備涉及高精度V槽加工與紫外膠固化工藝，采用新型Hybrid353ND系列膠水可同時(shí)實(shí)現(xiàn)UV定位與結(jié)構(gòu)粘接，簡(jiǎn)化流程并降低應(yīng)力。芯片堆疊環(huán)節(jié)，通過混合鍵合技術(shù)將光子芯片與CMOS驅(qū)動(dòng)層直接鍵合，鍵合間距突破至10μm以下，較傳統(tǒng)焊料凸點(diǎn)提升5倍集成度。熱管理方面，針對(duì)三維堆疊的散熱難題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了微流體冷卻通道與導(dǎo)熱硅中介層復(fù)合結(jié)構(gòu)，使1.6T光模塊在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的結(jié)溫控制在85℃以內(nèi)，較空氣冷卻方案降溫效率提升40%。此外，為適配CPO（共封裝光學(xué)）架構(gòu)，MT-FA組件的端面角度和通道間距可定制化調(diào)整，支持從100G到1.6T的全速率覆蓋，其低插損特性（單通道損耗<0.2dB）確保了光信號(hào)在超長(zhǎng)距離傳輸中的完整性。隨著AI大模型參數(shù)規(guī)模突破萬億級(jí)，該技術(shù)有望成為下一代數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的重要解決方案，推動(dòng)光通信向光子集成+電子協(xié)同的異構(gòu)計(jì)算范式演進(jìn)。北京多芯MT-FA光組件支持的三維芯片架構(gòu)