十月_矽光子之共封裝專題｜全球共封裝光學技術發展概況剖析(上)

發佈於: 2023/11/07|分類: 科技(Technology)|

迄今傳統的可插拔光模組已發展出GBIC、SFP、XFP、QSFP、CFP、OSFP等封裝型式。GBIC是符合國際標準的可互換產品，可作為可插拔的轉接頭，是2000年之前最流行的光模組封裝技術，之後被體積更小的SFP取代；SFP尺寸比GBIC減少一半但可配製出一倍以上的連接埠數量，傳輸速度涵蓋1.25/2.5/6Gbps，後續還推出SFP+、SFP28、SFP56等升級版，分別支援10、25、50Gbps的傳輸速度；XFP出現於SFP+之前，傳輸速率也可達到10Gbps；QSFP能支援4通道傳輸，故傳輸速率是SFP的四倍而可達到40Gbps，但體積只比SFP大30%，之後還發展出QSFP28、QSFP56、QSFP-DD等升級版，分別支援100、200、400Gbps的傳輸速度；CFP是為100 Gigabit乙太網路開發的封裝形式，傳輸速率為40/100 Gbps，之後還發展出CFP2、CFP4、CFP8等升級版，CFP2與CFP4是將體積縮小1/2、1/4，CFP8尺寸和CFP2相當，透過16個25Gbps或8個50Gbps介面實現400Gbps的傳輸速度；OSFP是最晚推出的封裝形式，可支援8通道傳輸而達到400Gbps的傳輸速度，尺寸比CFP8小但略大於QSFP-DD。

共封裝光學的構型與可插拔光模組完全不同，它是以矽光子晶片取代可插拔光模組，並與交換器晶片封裝在單一載板上。目前發展技術分為2.5D與3D等兩種型式。2.5D封裝是將矽光子與交換器晶片鍵合在單一載板上，其優勢是載板面積大可放置多顆晶片以整合更多功能，但缺點是晶片間互聯信號傳輸路徑較長而導致速度較慢，預估適用於100Tbps以下之應用。3D封裝是將矽光子晶片直接堆疊在交換器晶片上，其優點是傳輸路徑較短而使得資料傳送速度較快，缺點是交換機晶片產生的高熱會傳遞到矽光子晶片而造成其處理效能下降。2023年多位業界專家共同發布論文「Silicon Photonics – Roadmapping the Next Generation」，針對四種的2.5D與3D共封裝光學形式提出特性比較如表1所列，2.5D封裝的矽光子、交換器晶片互聯方式包括a.打線連接、b.藉由凸塊與載板線路連接，3D封裝則包含透過c.矽穿孔(TSV)或d.氧化層穿孔(TOV)直接連接，如圖2所示。2.5D技術比較成熟且已商業化，3D技術的電信號以垂直方向傳輸，所以寄生參數更小而支援更高的信號傳輸速率，此外TSV/TOV還可解決大晶片的供電問題。

圖2、四種2.5D與3D共封裝光學形式示意圖