端面刻蝕技術(shù)：為云數據中心點(diǎn)亮通往400G及更高速率之路

前 言

如今的云數據中心每年需要處理約5萬(wàn)億千兆字節的數據流量，而隨著(zhù)數以百萬(wàn)計的新用戶(hù)加入云連接的大軍以及新型物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設施的上線(xiàn)，這一數字在未來(lái)幾年間還將呈現幾何級數的增長(cháng)。

這就要求云數據中心不斷降低成本，并具有超大規模增長(cháng)的潛力。MACOM的端面刻蝕技術(shù)(EFT)能夠推動(dòng)云數據中心的光互連實(shí)現顛覆性的發(fā)展，讓云數據中心在成本和大規模生產(chǎn)方面獲得雙重突破。

成 熟 的 技 術(shù)

MACOM擁有先進(jìn)的端面刻蝕(EFT)技術(shù)及商業(yè)規模的制造能力，這樣的競爭優(yōu)勢幫助MACOM把握住100G技術(shù)在云數據中心領(lǐng)域的發(fā)展機遇，再創(chuàng )像之前在PON市場(chǎng)那樣的輝煌業(yè)績(jì)，為成本的降低帶來(lái)新的突破。PON是目前世界上最大的DFB激光器市場(chǎng)，對產(chǎn)能和成本極為敏感。

憑借EFT技術(shù)和4英寸InP晶圓的使用，MACOM已經(jīng)向PON市場(chǎng)輸送了2億多個(gè)10G以下級激光器。據MACOM估計，MACOM在2016年的市場(chǎng)份額已超過(guò)70%。在云數據中心領(lǐng)域，憑借MACOM現有制造能力，MACOM估計可以滿(mǎn)足1000萬(wàn)件的產(chǎn)量，從而將在PON市場(chǎng)的顯著(zhù)優(yōu)勢延伸到對每比特成本要求更高的巨大市場(chǎng)。

制 造 效 率

EFT利用晶圓級制造的成本結構優(yōu)勢，克服了傳統切割端面技術(shù)(CFT)的固有限制，創(chuàng )造出成本和產(chǎn)能的優(yōu)勢，使面向光模塊的激光器的制造成本顯著(zhù)降低。

CFT技術(shù)的激光器采用機械切割方式，這種缺乏精準度的工藝會(huì )引發(fā)大量異常，影響光發(fā)射，從而增大激光器產(chǎn)生缺陷的風(fēng)險。相比之下，EFT的高精度化學(xué)蝕刻可將缺陷風(fēng)險降至最低，從而最大限度提高產(chǎn)量。這同時(shí)也降低了激光器的制造成本，為交付更具成本優(yōu)勢的最終解決方案奠定了基礎。

電子束光刻或全息界定是MACOM將EFT技術(shù)納入分布反饋式激光器的重要環(huán)節，這項工藝可以產(chǎn)生高精度光柵，從而實(shí)現理想的波長(cháng)控制。

采用CFT的競爭產(chǎn)品必須將晶圓切割成晶條，來(lái)形成激光腔的端面，而MACOM的EFT方法能夠進(jìn)行晶圓級加工，可基于整個(gè)晶圓完成激光器的形成。CFT激光器的晶條級測試成本高昂，并且通常只能在室溫下進(jìn)行，而晶圓級EFT激光器可實(shí)現每個(gè)激光器全溫度范圍測試，效率極高，并且完全避免在下游對任何有缺陷的激光器進(jìn)行封裝。

MACOM的25G激光器系列

MACOM面向100G云數據中心應用的25G激光器產(chǎn)品組合將EFT的固有優(yōu)勢融于一身。MACOM的25G激光器產(chǎn)品組合充分利用了我們自主的晶圓級InP制造優(yōu)勢，汲取了我們在競爭激烈的成本敏感的PON市場(chǎng)中的寶貴經(jīng)驗，體現出超越現有主流激光器供應商的成本和產(chǎn)能優(yōu)勢，鞏固了我們在行業(yè)的領(lǐng)導地位，為支持云數據中心的爆炸性增長(cháng)做出貢獻。

從 激 光 器 到 L-PIC

MACOM在EFT激光器的成功基礎上，迅速展開(kāi)對EFT更深層次的開(kāi)發(fā)，利用EFT將光學(xué)器件(包括激光器、調制器和多路復用器)無(wú)縫集成到單個(gè)硅芯片上，面向100G應用推出業(yè)界首個(gè)集成有激光器(L-PIC.)的硅光子集成電路(PIC)。MACOM解決了以高產(chǎn)出和高耦合效率實(shí)現激光器與硅光子集成電路集成的挑戰，使采用硅光子集成電路在云數據中心實(shí)現高速、高密度光互連成為現實(shí)。

自對準蝕刻面技術(shù)工藝過(guò)程

CFT激光器的固有特性導致其容易出現影響光發(fā)射精度的缺陷。因此，采用CFT激光器的硅光子集成電路需經(jīng)過(guò)繁瑣的裝配過(guò)程，必須采取主動(dòng)方式將激光器對準硅芯片：首先將激光器上電，通過(guò)物理操作改善光耦合，然后鎖定到位。這一過(guò)程既浪費時(shí)間，又成本高昂，而且迄今為止，通過(guò)CFT能夠實(shí)現的光耦合效率僅為50%。

而憑借MACOM的EFT技術(shù)，激光器面和硅芯片均通過(guò)高精度光刻工藝界定，并且EFT激光器通過(guò)專(zhuān)有的自對準(SAEFT™)工藝以標準倒裝方式貼裝到芯片上，這種工藝同時(shí)支持邊緣發(fā)射和表面發(fā)射激光器。這種端到端光刻工藝可確保激光器輸出和輸入波導定位是精確已知的。這既省去了CFT所需的成本高昂且繁瑣的機械對準過(guò)程，又可確保高達80%的光耦合效率和無(wú)與倫比的器件一致性。

與CFT激光器相比，EFT激光器還具有影響硅光子集成電路尺寸和成本的其它優(yōu)勢。CFT激光器需要通過(guò)氣密封裝，來(lái)避免在激光器在潮濕環(huán)境下工作引起的性能劣化，這一缺陷是因機械切割及隨后為激光器面進(jìn)行晶條級涂層而引起的。而使用EFT激光器時(shí)，可對激光器面進(jìn)行精確的光刻界定，從而為波導表面和激光器面提供連續的保護覆蓋，因此無(wú)需氣密封裝。

由于無(wú)需氣密封裝，EFT激光器可顯著(zhù)降低最終元器件的尺寸和成本，并且允許硅光子集成電路直接位于模塊電路板上，從而增大了硅光子可實(shí)現的互連密度。

無(wú) 與 倫 比 的 創(chuàng ) 新

面向數據中心的MAOP-L284CN-100G四路L-PIC

MACOM利用在EFT領(lǐng)域穩固的領(lǐng)導地位和受保護的知識產(chǎn)權，結合成熟的倒裝芯片組裝工藝和大規模制造能力，打破了硅光子集成電路在云數據中心實(shí)現主流應用所面臨的成本壁壘。我們的L-PICS系列計劃于2017年第二季度開(kāi)始批量供貨。

在某些市場(chǎng)中，EFT會(huì )產(chǎn)生顛覆性的影響，對實(shí)現降低成本、完成主流部署起著(zhù)關(guān)鍵性的作用。憑借L-PIC產(chǎn)品組合，MACOM再次展現了EFT的顯著(zhù)優(yōu)勢，并引領(lǐng)云數據中心朝著(zhù)100G及更高速率的高速節能型光互連邁進(jìn)。