面向数据中心混合集成高速接收芯片研究

With the highly development of cloud, high-definition television, games and so on, the data center and data rate of flow have rapidly increase. The everything interconnects of people, data, procedure and things is coming. In order to satisfied the rapid raise of date rate of flow, the key datacenter has been highly developed and need higher speed. . The project will focus on the key subassembly of next generation datacenter. Based on existing research foundations and technology, we will research on hybrid integration high speed receiver chip. This will prepare for data center high speed interconnects key subassembly and promote the development of optoelectronic integrated chip.This will accelerate the national big data strategy and digital China construction and ensure the national information network security.

伴随着云服务以及高清电视、AR/VR、大型游戏、网络支付、直播平台各种网络的广泛普及，数据中心及网络数据流量呈急剧增长态势，这些流量将形成“万物互联”，即人员、数据、流程和事物的网络化联接。在这个倡导“互联网+”的万物互联时代，为了应对全球数据中心流量迅猛增加，数字经济背后的强大支撑——数据中心也经历了飞速发展。日渐增长的数据传输需要，对数据中心速率要求也越来越高。.本项目瞄准下一代数据中心高速互连核心芯片前沿研究，充分利用本人已有的工作基础和技术条件，在国内率先开展超高折射率差硅基二氧化硅无源-有源高速混合集成接收芯片基础研究，为我国数据中心建设高速互连核心芯片做好技术储备，促进我国硅基PLC多功能复杂光电子集成芯片技术的研发，加快国家大数据战略和数字中国建设，保障我国信息网络安全。

伴随着云服务、高清电视、AR/VR、大型游戏、网络支付、直播平台、元宇宙等各种高带宽高速率低延迟网络的快速需求，数据中心及网络数据流量急剧增长。“万物互联”、“数字经济”时代已经来临，数据中心作为核心支撑，正在井喷式发展。日渐增长的数据传输需要，对数据中心速率要求也越来越高。.本项目针对数据中心高速互连核心芯片，率先开展超高折射率差二氧化硅粗波分解复用器研究，系统分析优化了各项指标参数；研究了2.0%折射率差二氧化硅制备工艺，分析了光刻、刻蚀、PECVD等关键工艺对波导性能影响，实现光波导传输损耗0.1~0.12dB/cm，并制备出8通道粗波分解复用器芯片，损耗小于2.27dB，1dB带宽大于13.24nm，串扰小于-22.62dB；详细研究了二氧化硅8通道AWG与PD阵列高效耦合转角设计，分析了不同转角角度、波导距离探测器位置等关键因素对耦合效率的影响，实现高效转角耦合；研究了高频软板阻抗匹配及仿真，实现探测器引线电极、跨阻放大器和高频软板的阻抗匹配；掌握了二氧化硅AWG与探测器阵列的精确定位对准等关键技术，研制出8通道混合集成接收芯片样品，实现8通道粗波分信号的解复用和光电转换，光电转换效率大于0.470A/W，在NRZ调制格式下，接收速率实现200Gb/s传输，在PAM4制式下，实现400Gb/s传输；在国内外核心刊物上发表论文6篇，申请国家发明专利2项。.8通道混合集成接收芯片的成功研制，实现了波分形式的高速混合集成接收芯片。在数据中心光模块中，因为多路的对准精度要求高、多路AWG设计和制作困难等问题，主要靠提高单路速率提升整体光模块速率。但速率越高，提升难度成倍增加。项目的成功实施，给数据中心的速率的提升提供了新的思路和方向。且波分复用的方案极大节省光纤成本，在中长距传输中优势将更加明显；为我国数据中心建设高速互连核心芯片做好技术储备，促进我国PLC基多功能复杂光电子集成芯片技术的研发，加快国家大数据战略和数字中国建设，保障我国信息网络安全。