中心在低功耗高密度硅基光电芯片融合集成领域的研究取得进展。研究团队基于光电融合协同设计了一款高密度光电发射机芯片，并成功进行了光电传输试验，验证了该硅基光电集成芯片的电光转换速率、大容量传输能力以及能耗表现。相关成果以“16-channel photonic–electric co-designed silicon transmitter with ultra-low power consumption”为题将于2023年2月发表在Photonics Research期刊上。

光电芯片的集成与协同设计融合了硅基光电子技术与高速互连集成技术，在下一代数据中心、高性能计算等场所具有重要的应用前景。其中，实现低功耗高密度的光电集成是推动高速光电互连技术真正应用与落地的关键。为了进一步优化能效提升集成度，研究团队基于商用硅光工艺与标准CMOS工艺协同设计了电光调制器芯片与专用驱动电路，构建互相匹配的光电发射机样机。在协同设计中，进一步降低了硅基电光调制器芯片对偏置电压与驱动幅度的要求，从而利用直接耦合的方式实现硅基马赫-曾德尔调制器与驱动芯片的多通道集成，降低功耗的同时提升了发射机的集成密度。在电芯片的设计中，创新的采用了分布放大与推挽结合的驱动架构，引入了全新设计的2-tap前馈均衡(FFE)技术，以极低的功耗代价实现了对带宽的扩展。

图1.(a)光电融合集成发射机结构图；(b)16通道硅光芯片实物图；(c)8通道驱动芯片实物图

图1(a) 所示为16通道光电集成发射机，内部包括协同设计的16通道硅光马赫-曾德尔调制器芯片 (1b)及两个8通道驱动芯片(1c)，二者通过金线键合的方式直接进行集成，此时调制器及驱动芯片带宽接近30GHz，实现了56Gb/s的驱动输出电压及50Gb/s的电光转换，如图2所示，功耗仅为267mW，相应的能耗为5.35pJ/bit，达到当前国际领先水平。

图2 光电集成发射机测试眼图

论文的共同第一作者及通信作者为中心副研究员石泾波博士，2017级博士毕业生金明博士为共同第一作者，中心王兴军教授及中国科学院半导体研究所祁楠研究员为共同通讯作者。主要合作者包括中心舒浩文博士、陈睿轩博士、陶源盛博士、博士研究生韩昌灏、北京大学工学院研究生杨涛、中科院半导体所研究生刘翰以及北京大学长三角光电科学研究院杨丰赫副研究员。上述研究得到了国家重点研发计划资助。该工作由北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室作为第一单位完成。

论文原文链接：

https://www.researching.cn/articles/OJ2b5098a6e08a5d7e