硅光PID：4k視頻的絕佳承載技術(shù)

相關(guān)數據顯示，目前視頻流量已經(jīng)占到管道流量的70%以上，全球超過(guò)60家運營(yíng)商將視頻作為基礎業(yè)務(wù)，其中大部分運營(yíng)商正計劃發(fā)布超高清視頻(4K)業(yè)務(wù)，并驅動(dòng)網(wǎng)絡(luò )帶寬以10倍量級提升。高清視頻業(yè)務(wù)在豐富人們生活和體驗的同時(shí)，也要求承載網(wǎng)必須要具備更大帶寬、更低時(shí)延、更易維護的特性。

硅光PID幫助運營(yíng)商構建最具性?xún)r(jià)比的網(wǎng)絡(luò )架構

波分網(wǎng)絡(luò )作為承載網(wǎng)具備大帶寬、低時(shí)延、硬管道等優(yōu)點(diǎn)，但傳統波分技術(shù)使用復雜光層來(lái)支持多波道數據承載，這適合大容量、少站點(diǎn)的骨干網(wǎng)和城域核心，但在小容量、多站點(diǎn)的城域及接入場(chǎng)景，卻意味著(zhù)復雜的光層調測和運維，光子集成器件(PID)技術(shù)的發(fā)展可以很好地解決這一困境，其采用光層器件與電層芯片耦合技術(shù)，無(wú)外部光層，也無(wú)需光層調測，提供類(lèi)似SDH的簡(jiǎn)單運維。

圖1 硅光PID極大簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )設備

硅光PID技術(shù)已經(jīng)實(shí)現80KM跨距內無(wú)需光放，外部無(wú)需色散補償模塊，并已實(shí)現單槽位400G，這意味著(zhù)實(shí)現單環(huán)800G容量也僅需兩塊單板。擴容時(shí)，在核心層直接擴展波道，在匯聚層增加PID單板，即插即用，非常方便。如圖1所示，采用硅光PID技術(shù)可以極大簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )設備，以一個(gè)單槽位400G的PID為例，如果原先采用10×40GOTU單板，那么直接節省90%槽位，此外還省掉MUX、DEMUX和DCM模塊，由此可以節省整個(gè)機房50%空間，節省單板功耗50%，節省光層備件50%，節省連纖50%。此外，由于硅光PID系統只需安裝PID單板和連接少量跳線(xiàn)，因此比原先波分系統節省工時(shí)節約40%。

基于硅光PID技術(shù)的城域網(wǎng)絡(luò )在設備功耗和集成度上的具大技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)現了光層極簡(jiǎn)，幫助運營(yíng)商實(shí)現最具性?xún)r(jià)比的網(wǎng)絡(luò )架構。硅光PID一經(jīng)商用，助力4K視頻讓超寬帶價(jià)值得到了釋放，實(shí)現了消費者、運營(yíng)商和4K內容提供商三方受益，形成了超寬帶的商業(yè)正循環(huán)，一舉解決了傳統承載網(wǎng)在4K視頻業(yè)務(wù)快速發(fā)展下面臨光纖資源耗盡和光纖鋪設周期長(cháng)的雙重挑戰，構建了大帶寬、低時(shí)延、零丟包和易運維的極簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò )架構，完美匹配4K承載要求。

PID技術(shù)的三大典型優(yōu)勢

PID技術(shù)采用硅光子集成技術(shù)，利用統一的CMOS工藝平臺，一舉突破早期PID在集成度、性?xún)r(jià)比和功耗的諸多瓶頸，具體如下：

(1)高集成度

目前，PID技術(shù)除了硅光子集成，還有二氧化硅平面光波導(SiO2-PLC)，III-IV族材料(如InP)單片集成。相比其他二者，硅光PID的集成度最高，主要體現在其器件體積最小，因而同樣的空間可以容納幾倍的器件規模。

圖2 硅光與其他工藝下AWG波導尺寸對比

集成光器件中，波導的尺寸占據整體器件尺寸的大部分，而波導波導芯層材料與波導包層材料的折射率差直接影響波導的彎曲半徑，折射率差越大，彎曲半徑越小，則器件尺寸越小。硅光波導的折射率差是目前所有商用光波導中最大的，因此能夠實(shí)現極小的器件尺寸。如圖2所示，對于陣列波導光柵(AWG)而言，在二氧化硅平臺下，面積為平方厘米量級;而在硅光平臺下，卻只有前者的千分之一。

(2)高性?xún)r(jià)比

除了集成度，硅光PID技術(shù)在性?xún)r(jià)比上具有極大的優(yōu)勢。

圖3 (a)傳統手工校對光器件 (b)CMOS規?；詣?dòng)化生產(chǎn)

首先，傳統的光器件，其采用不同的材料來(lái)實(shí)現不同功能，各種材料對應生產(chǎn)工藝不同，因此一個(gè)器件的生產(chǎn)涉及眾多環(huán)節;此外，傳統分立器件裝配大量依靠手工調試和校驗，生產(chǎn)效率低，因此導致光器件價(jià)格居高不下。硅光PID技術(shù)可以利用硅基制備除光源外的各種光功能器件，即通過(guò)單一工藝流程實(shí)現整個(gè)器件的制備，并利用了現有成熟的微電子加工工藝(CMOS工藝)實(shí)現規?；?、自動(dòng)化生產(chǎn)，避免了產(chǎn)線(xiàn)重復投資，有利于降低相關(guān)投資。圖3展示了傳統光器件生產(chǎn)和硅光CMOS自動(dòng)化工藝之間的對比。

圖4 (a)InP晶圓 (b)硅基晶圓

圖4所示為InP材料和硅基材料的晶圓尺寸對比，顯然受到材料制備特性的限制，傳統III-IV族光電器件僅能夠在3-4英寸晶圓上面實(shí)現，而硅光器件卻能夠在8-12英寸晶圓上面一次加工，且硅光芯片尺寸更小，因此能夠在一次加工中得到更多的芯片，也使得生產(chǎn)單個(gè)硅光芯片的費用遠低于傳統光電芯片。

(3)低功耗

圖5 (a)InP晶圓 (b)硅基晶圓

相比傳統技術(shù)， 硅光PID技術(shù)在功耗上占據極大優(yōu)勢。傳統光器件由多種材料組成不同的功能器件，如圖5(a)所示為一個(gè)普通的發(fā)射機結構，激光器、調制器和連接波導分別用InP、LiNbO3和SiO2三種不同材料制成。各功能器件連接處由于材料的晶格結構不同，導致晶格失配，接觸界面不連續有缺陷，光在其中傳播就會(huì )產(chǎn)生散射而損耗;此外，由于不同材料折射率不同，光在介質(zhì)間傳播也會(huì )導致不同程度的反射和折射，也產(chǎn)生一部分損失。圖5(b)顯示了光信號在傳統器件不同材料中傳播損耗的示意圖。而硅光PID技術(shù)由于統一工藝材料，所以器件內部沒(méi)有多材料導致的光損耗，因此為了獲得與傳統器件同樣的輸出功率，其光源的發(fā)射功率要低很多，因此模塊的功耗也相應降低了。

可以預見(jiàn)，高清視頻將成為未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)流量的主宰，作為承載網(wǎng)絡(luò )，面對超大帶寬視頻數據和最終用戶(hù)體驗要求，硅光PID通過(guò)多通道集成技術(shù)實(shí)現數據管道的大規模擴容，確保未來(lái)傳輸流量的幾何量級提升保障。此外，硅光PID技術(shù)以極簡(jiǎn)架構回歸剛性硬管道，剔除網(wǎng)絡(luò )QoS損失，以絕佳的高可靠性、低時(shí)延為客戶(hù)帶來(lái)極佳視頻業(yè)務(wù)體驗。