中国科学院西安光机所光互连芯片获系列进展

2026-05-29 18:13

近日，中国科学院西安光学精密机械研究所（西安光机所）超快光科学与技术全国重点实验室王斌浩研究员与张文富研究员团队，在硅基光互连芯片领域取得系统性突破。相关成果面向共封装光学（CPO）及下一代AI算力基础设施的迫切需求，从核心器件、光发射芯片到配套电芯片与集成技术，实现了全链路的关键技术突围，为高带宽、低功耗、高密度的光互连方案提供了完整支撑。

在基础器件层面，团队成功研制出一系列高性能硅光芯片。其中，硅锗雪崩光电探测器（Si－Ge APD）的增益带宽积高达7564 GHz，能够在极微弱光信号下保持优异的高速探测能力，大幅提升光接收灵敏度。同时，团队开发的微环调制器（MRM）1 dB带宽突破100 GHz，马赫－曾德尔调制器（MZM）带宽也超过67 GHz，为构建超高速、低功耗光引擎奠定了器件基础。

在硅基光发射芯片的高密度集成方面，团队实现了16通道大自由光谱范围的微盘调制器阵列。进一步地，将量子点锁模激光器与微环调制器阵列创新结合，成功推出两款总速率达2Tbps的光发射机，分别支持8通道200 GHz间隔和16通道100 GHz间隔。这种灵活的多波长发射方案可适配不同波分复用架构，显著提升单纤传输容量与集成密度。

配套集成电路同样取得重要突破。团队基于28纳米CMOS工艺，研发了带宽均超过60 GHz的驱动放大器和跨阻放大器，能够支持单通道200 Gbps PAM4信号发射和280 Gbps PAM4信号接收。该电芯片能效低至0.67 pJ／bit，带宽密度高达4.9 Tbps／mm2，展现出极致的低功耗与高吞吐能力。通过先进的光电融合与3D集成技术，团队实现了光收发链路的完美协同，为紧凑型光引擎的实用化铺平道路。

上述系列成果共同构筑了以微环光引擎为核心的光互连方案，单引擎数据吞吐量超过2 Tbps，具备低延迟、可高密度封装的显著优势。该方案可直接适配CPO架构，为后摩尔时代大规模算力集群突破“功耗墙”与“通信墙”提供了从器件到系统的关键技术储备。