100G/200G SerDes接口及共封裝光學(xué)模塊（CPO）

100G/200G SerDes接口與共封裝光學(xué)模塊（CPO）是高速互連技術(shù)的核心組成部分，主要面向數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算（HPC）和5G網(wǎng)絡(luò)等對(duì)帶寬和能效要求苛刻的場(chǎng)景。

以下是關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)解析：

1. SerDes接口（100G/200G）

定義：

SerDes（Serializer/Deserializer）是一種將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高速串行信號(hào)的IP核，用于芯片間或板級(jí)高速通信。

關(guān)鍵技術(shù)：

調(diào)制技術(shù)：

NRZ：傳統(tǒng)方式（如PAM4出現(xiàn)前用于100G以下）。

PAM4：200G/400G的主流調(diào)制（如200G SerDes采用56Gbaud PAM4）。

工藝節(jié)點(diǎn)：先進(jìn)制程（如7nm/5nm）降低功耗，提升速率。

前向糾錯(cuò)（FEC）：應(yīng)對(duì)PAM4的高誤碼率，如RS-FEC。

信道補(bǔ)償：CTLE/DFE/FFE等均衡技術(shù)補(bǔ)償信道損耗。

挑戰(zhàn)：

信號(hào)完整性（串?dāng)_、抖動(dòng)）。

功耗隨速率指數(shù)增長(zhǎng)（200G SerDes功耗可能達(dá)~15pJ/bit）。

2. 共封裝光學(xué)（CPO）

定義：

將光引擎與ASIC/交換機(jī)芯片封裝在同一基板上，替代傳統(tǒng)可插拔光模塊（如QSFP-DD），縮短電通道距離。

優(yōu)勢(shì)：

能效：減少電-光轉(zhuǎn)換損耗，功耗可降低30%-50%（如從~14W降至~7W per 100G）。

密度：支持更高端口密度（如51.2T交換機(jī)+CPO實(shí)現(xiàn)128x400G）。

延遲：縮短互連長(zhǎng)度，降低納秒級(jí)延遲。

關(guān)鍵技術(shù)：

光引擎集成：

硅光（SiPh）：Intel、Broadcom等采用硅基調(diào)制器/探測(cè)器。

VCSEL/EML：短距多模（VCSEL）或長(zhǎng)距單模（EML）光源選擇。

封裝工藝：

2.5D/3D封裝：通過(guò)中介層（Interposer）連接光芯片與電芯片。

熱管理：微流道冷卻等應(yīng)對(duì)光器件溫敏問(wèn)題。

標(biāo)準(zhǔn)化：

COBO、OIF等組織推動(dòng)CPO規(guī)范（如3.2T光引擎模塊定義）。

挑戰(zhàn)：

可靠性：光器件與電芯片的協(xié)同老化測(cè)試。

成本：初期成本高于可插拔模塊，需規(guī)�；当�。

維護(hù)：不可插拔設(shè)計(jì)增加故障替換復(fù)雜度。

3. SerDes與CPO的協(xié)同設(shè)計(jì)

接口匹配：CPO需支持SerDes的NRZ/PAM4信號(hào)，如112G PAM4 SerDes直接驅(qū)動(dòng)光引擎。

信道優(yōu)化：CPO的極短距離（<5cm）允許簡(jiǎn)化SerDes均衡（減少DFE抽頭數(shù)）。

協(xié)議支持：IEEE 802.3df（800G/1.6T Ethernet）定義CPO與SerDes的協(xié)同標(biāo)準(zhǔn)。

4. 應(yīng)用場(chǎng)景

數(shù)據(jù)中心：谷歌、Meta的下一代葉脊架構(gòu)（如1.6T CPO交換機(jī)）。

AI集群：NVIDIA的NVLink over CPO實(shí)現(xiàn)GPU間低延遲互聯(lián)。

電信：5G前傳/中傳的高帶寬需求（如Open RAN中的CPO應(yīng)用）。

5. 未來(lái)趨勢(shì)

速率提升：向224G SerDes（支持800G/1.6T CPO）演進(jìn)。

光電合封：從CPO邁向更緊密的光電共晶（EO Co-Die）。

新材料：氮化硅（SiN）波導(dǎo)降低光損耗，鈮酸鋰（LiNbO3）提升調(diào)制效率。

總結(jié)：100G/200G SerDes與CPO的結(jié)合是突破“功耗墻”和“帶寬墻”的關(guān)鍵，需跨學(xué)科協(xié)同（半導(dǎo)體工藝、光電子、封裝技術(shù)），預(yù)計(jì)2025年后進(jìn)入大規(guī)模商用階段。