光波导和板内光互连的重要性 | 下一代数据中心技术

支持高速低延迟光通信的光波导技术是什么?

随着数据中心与高性能计算（HPC）领域对高速数据通信需求的急剧增长，光波导（Optical Waveguide）已成为不可或缺的关键技术。 其中，电路板内光配线（On-Board Optical Interconnects） 作为利用 硅光子技术（Silicon Photonics）的下一代通信方式，正备受业界关注。 本文将从光波导的基础概念、最新技术趋势入手，深入解析 白山（Hakusan） 的光波导解决方案与其在高速光互连领域的创新实践。

什么是光波导?~板内光布线的作用和优点~

光波导基础

光波导由光学材料组成，旨在沿特定路径传输光信号，在低延迟、低损耗和高带宽方面比传统电线具有显著优势。

光波导的优点

• 超高速数据传输:可实现100Gbps以上的光信号传输
• 低功耗：与电线相比，能源效率更高
• 无电磁干扰 (EMI):减少干扰，实现稳定通信
• 小型化、高密度化:通过与硅光子技术相结合，可实现更高集成度的数据通信

制造技术和光波导的种类

光学波导采用以下技术制造:。

• 光刻技术：在硅衬底上形成精细光波导。
  
• 压印法:使用聚合物材料制作低成本·高精度的光导波路
  
• 蚊香法 (Mosquito Method):
  三维聚合物光波导形成技术 (庆应义塾大学石圪节研究室开发)

电路板内光配线与硅光子技术的应用

电路板内光配线的重要性

在传统电气布线中，当数据速率超过 100Gbps 时，信号衰减会显著增加，同时功耗上升也成为主要问题。 通过引入 Co-Packaged Optics（CPO，协同封装光学） 和 On-Board Optics（OBO，板载光学） 等技术，可在电路板内部实现光配线，从而有效提升能效与带宽性能，为高速数据传输提供更优的解决方案。

硅光子学和光波导的组合

硅光子学是一种利用半导体工艺技术集成光学波导和电子电路的技术，是下一代数据中心和AI基础设施的重要组成部分。

主要应用领域

• 数据中心内部布线(光纤交换，光纤连接)
  
• AI加速器之间的光通信(低延迟、高带宽的光相互连接)
  
• 光量子计算(用于量子通信的波导技术)

Hakusan的光波导技术 | PMT 连接器和 Mosquito 法

PMT连接器和光波导膜

Hakusan利用PMT 连接器实现了板内光学布线的高可靠性。该连接器与光波导膜结合使用，可以实现窄间距、低损耗的光配线。
PMT连接器外形与MT插芯相似，是多芯光连接器的主要部件，与MT插芯有很高的连接兼容性。
这一特性可实现光波导与光纤的无缝连接，从而实现高速、低损耗的光通信。

基于Mosquito法的光波导形成

Hakusan正在与庆应义塾大学合作，利用 Mosquito 方法开发三维光波导。该技术具有以下优点：

• 高密度安装：实现窄间距光互连。
• 边缘耦合兼容：实现硅光子芯片与光纤的连接。
• 3D光互连：可以在多层板和芯片之间进行垂直方向的布线，克服了传统2D光互连设计的局限性。

Mosquito 方法使用分配器和多轴机器人来创建形状自由的光波导。特别是当与窄间距和边缘耦合技术相结合时，甚至可以实现更高密度的板内布线。

总结

光波导技术是在数据中心与AI基础设施中实现低延迟、高带宽、低功耗的关键技术。 特别是结合硅光子技术（Silicon Photonics）能够突破传统电气布线的限制，构建全新的通信基础架构。 白山公司正利用PMT连接器与Mosquito工艺，开发下一代电路板内光配线技术。
未来，作为致力于光电路基板等领域的企业，白山将继续推动技术创新，为业界提供最优的光波导解决方案。

参考链接

・Mosquito Method / Takaaki Ishigure (Info-Optics Laboratory)

·国立研究开发法人产业技术综合研究所–平台光子学研究中心