这几天写了几个CPO光接口案例，在公众号下出现了个大家感兴趣议题，硅光技术在CPO中的应用。
今天略展开聊一下。
CPO，是指共封装光学，是指把OE电光转换功能与集成电路封装在一起。
集成电路特指系统ASIC定制化的一个大规模集成电路芯片，可以是电交换芯片，也可以是算力芯片。重点是“电”路集成芯片。
OE，O是光，E是电，用于电信号与光信号的相互转换，OE是指功能，可以把这个功能封装成咱们熟悉的OSFP光模块，QSFP-DD的光模块，也可以直接和那颗大的ASIC电芯片封装在一起。
Y11T197 区分CPO、OIO、Chiplet、2D/3D
如果把OE与ASIC封装在一起，那就是CPO。 CPO是系统级的称呼，其中的OE功能模块，有些厂家叫做CPO光模块，也有厂家叫做CPO光引擎。
嗯，“CPO”与“CPO光模块”，是不同的啊。约等于“湖北省”和“湖北省武汉市”的关系。
现在提到CPO光模块，大家想到的就是硅光方案。其实产业里，硅光用于CPO封装仅仅是方案之一。
CPO光模块按模式来分，主要有两大类，一大类是多模CPO光模块，另一大类是单模CPO光模块。
多模CPO光模块出现的时间非常早，2010年IBM与Finisar就开始研究基于多模VCSEL方案的共封装光学，只是当时还没有CPO这个名字而已。
CPO成为一个产业共识的名字，大约在2019年成立CPO产业联盟的时候才定下来。
IBM的这个多模CPO是通过VCSEL与PD来实现的光电转换，我在OFC2020、OFC的2023写过进展。
单模CPO光模块，则有GaAs材料的单模VCSEL，也有单模DFB方案，还有咱们今天的重点硅光方案。
单模的DFB用来做CPO光模块，在OFC2023写过的。单模VCSEL的CPO在这几年一直跟踪更新。
硅光集成方案的话，今年写的非常非常多。主要集中在工艺封装路线，包括电芯片光芯片的3D封装，以及光纤的耦合方案。这些是硅光CPO光模块产业化之路目前比较关心的议题。
以上是背景介绍，接下来聊一下为什么CPO光模块里，大家更关注硅光技术。
硅光技术的集成度最高
这几个方案，DFB的集成度最低，VCSEL的集成度居中，硅光技术的集成度最高。
单模VCSEL与多模VCSEL都可以集成的。
VCSEL可以集成，但只适合发射端的阵列集成在一个芯片上，那另外的接收端PD阵列也得集成在另一个芯片上。因为发射端与接收端的工艺不一样。
基于VCSEL方案的话，如果需要合分波应用，那么还需要合分波的MUX、DeMUX芯片。
对于硅光技术而言，经过这些年的发展，具备了集成发射端+接收端+MUX+DeMUX+分路器+偏振分离+偏振旋转+...等诸多功能。
2025年，大家提到CPO，基本上就是集成VCSEL阵列，或硅光集成技术者两大类。很少提到DFB，更几乎不提用EML做CPO了。
不提，不等于没有。
很早写过Rockley基于EML方案的CPO，Juniper基于EML的CPO，基本上不符合产业发展需求，且他们的EML是打算集成在硅光芯片里边去的，也可以认为这是硅光集成技术的一个分支，不具备产业竞争力。
DFB做CPO，集成度非常低，这个呢，Finisar在OFC2021、OFC2022有发布样机。
3.2T的CPO，用了32个100Gbps的DFB激光器，以及硅基氧化硅波导PLC布局的合分波芯片。
把上图局部放大来看，激光器分成四组，每组有8个。且每个激光器都是独立的，没有使用类似VCSEL的那种阵列方式。
原因就是高速DFB需要兼顾横模，纵模，调制动态性能....，很难批量控制，需要一颗颗挑选出合格品。
Finisar用在单模CPO的高速DFB，是他家基于啁啾控制技术的双段波导结构的DFB-R激光器芯片。
硅光芯片与电芯片共封装，材料一致，热应力最小
VCSEL采用GaAs材料，集成芯片与电芯片如TIA、CDR、Driver、ASIC等各类芯片做3D封装时，需要考虑GaAs与Si硅的热膨胀系数差异而引起的热应力。
硅光与集成电流的硅电芯片，本质上既能共用大多数的半导体前道与后道工艺，且因为二者的材料一致，热应力相对而言是最小的。
当然，硅光的封装比三五族的硅光与电芯片的3D封装的热应力小一些，这是宏观而言。
仅仅针对硅光自己，硅光与硅基电路，除了硅材料外，也会有其他材料，比如射频树脂，铜布线，过孔等微观结构，这些也是需要考虑其热应力的哈。
硅晶圆最大，潜在成本更低
硅晶圆目前最大是12吋，300mm直径，而GaAs晶圆则是4寸、6寸以及极少厂家探索8吋工艺，6吋晶圆就是150mm直径。二者相比，硅晶圆更大，有利于降低单位成本。
当然，CPO是一个新的封装概念，无论是硅光技术还是GaAs技术，其实目前都还没有大规模商用，其成本都挺高的，所以大家才提出一个“潜在成本”的判断趋势。
硅的集成芯片可靠性比化合物光学芯片更高。
硅的可靠性比GaAs 激光器的可靠性要高出1~2个数量级。元素是硅是单元素材料，而GaAs是化合物材料，在材料结晶、外延、以及应用过程中，都有可能破坏其分子结构，发生化学反应导致失效。
硅光技术是当前CPO可选技术传输距离最长的。
多模VCSEL制作的CPO，传输距离在几十米到一百米的大致范围。
单模VCSEL制作的CPO可传输500m到2公里的范围，但是单模VCSEL的技术不成熟，并不能成为商用的成熟技术选项，这就是产业既跟踪单模VCSEL的技术发展，又不选择这种方案立即商用的原因。
单模硅光技术的CPO也是传输
500m到2公里的范围，目前的硅光集成产业状态，形成了硅光芯片流片、设计、应用的完整产业链，也大规模用于可插拔光模块，在此基础上可以进一步优化使其可实现CPO封装，实现CPO的商用。
硅光技术是CPO可选技术中带宽最大的。
硅光技术不是光通信带宽最大的，但是CPO可选方案中带宽最大的。
薄膜铌酸锂调制器带宽很大，可以实现110+GHz带宽，但产业不成熟，且芯片很大，目前而言暂无法用于即将到来的CPO应用。
磷化铟集成芯片的调制器带宽也大，大约在90+GHz，但芯片尺寸也大，需要金盒气密封装，且是化合物材料，良率受限，目前也不选择用于CPO封装。
硅光集成芯片的带宽不如InP集成，薄膜铌酸锂集成，但其尺寸小集成度高，带宽呢，也马马虎虎实现70GHz，可以用在200G PAM4信号的调制。
而多模VCSEL尺寸很小，带宽仅25-35GHz范围。
单模VCSEL的带宽，在实验室测到45GHz，处于原型机时代。
硅光技术对于CPO有限的选择范围，就成了“可选技术”中带宽最大的方案了。
今天晚上聊一下MZM，这种调制器结构也经常用在硅光集成技术里。
