光互连调研报告

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1、目录第一章绪论21.1光互连简介21.2电互连发展制约21.3光互连优势2第二章光互连发展情况32.1国内发展现状32.2国外发展现状4第三章光互连中的激光器与探测器73.1VCSEL73.2InGaAs光电探测阵列探测器8第四章耦合方式84.1光收发模块与光互连层之间的耦合84.2板间(芯片之间)耦合的几种结构11第五章光波导制作材料及工艺135.1光波导制作135.2光波导制作工艺14第六章EOPCB与传统PCB的制作工艺166.1EOPCB的制作工艺166.2传统PCB制作（四层板）16参考文献：19第一章绪论1.1光互连简介光互连

2、是相对于电互连而最近发展起来的新一代的连接技术，光互连是指在板间、芯片间、芯片与板之间等等用光的形式互连。电互连传输带宽小、时延大、高速信号之间串扰大、功耗大等缺点，已经成为电互连进一步发展的巨大障碍。光互连作为一种新的互连方式，具有极高的通信带宽，极小的功耗，能够很好地解决电互连发展受限的问题。1.2电互连发展制约随着计算机技术的发展，计算机节点数目的急剧增加，对高性能互连网络的传输带宽、传输延时都有较高的要求。电互连网络的发展主要受限于以下几个方面[[1]张炜.芯片光互连技术研究.国防科学技术大学.2011]：(1)集成电路发展的限制

3、随着互连网络结构与实现技术的逐步成熟，进一步提高网络性能主要依靠集成电路技术的发展。近几十年来，虽然集成电路技术按摩尔定律高速发展，但其发展受到散热、热噪声等因素的限制，已经很难再有较大的突破。(2)电信号传输限制由于电信号传输过程中的衰减、反射、串扰、电源噪声等因素，工作频率的提高面临着挑战;工作频率的提高，使得数据的采样窗口不断减小，同时电缆上的衰减增加，影响了有效带宽的增大，系统的可靠性面临挑战;工作频率的提高，商业软件工具对下一代产品的设计、验证、布局布线、物理验证的支持有限，系统的可制造性同样面临着挑战。(3)物理封装限制互连网

4、络的实现需跨越多个层次，每层中的材料和制造工艺不同，导致物理特性和约束不同，随着层次的增加，互连代价增大，密度减小，必然限制系统规模的扩展;随着系统规模的增加，互连网络的带宽、工作频率相互制约，严重影响网络性能的提高。(4)带宽限制增加节点之间的通信带宽通常有两种途径，一是增加并行数据传输线的宽度，二是提高信号频率。增加数据传输线的宽度，需要芯片提供更多的IO引脚，给芯片的封装工艺带来很大的困难;提高信号的频率，传输线上将消耗更多的能量，传输线之间的串扰也将增加，使得信号的传输距离缩短。从某种意义上讲，导线便是低通滤波器，其有限带宽会导致

5、信号的严重失真，传输带宽可提高的余地非常小。随着高性能计算机的不断发展，工作频率的不断提高，传统的电互连技术的缺点显得更加突出。电互连网络带宽小、时延大、高速电信号之间串扰大、功耗大等缺点，已经成为高速电互连进一步发展的巨大障碍，对新的互连技术的研究已经迫在眉睫。1.3光互连优势光互连具有带宽高、功耗小、可并行等优点。近几十年以来，各种光技术的成熟，光器件的研制成功，极大的推动了光互连技术的发展。光互连作为一种新的互连方式，能够很好地解决上述电互连发展受限的问题。光互连可具体理解为用光技术实现两个以上通信单元的连接，以实现协同操作。随着信

6、号频率的增大，光互连技术相对与电互连技术的优势显得越来月明显。光互连逐渐代替电互连，已经成为高性能计算机系统内部各节点之间高速互连的关键技术。第二章光互连发展情况2.1国内发展现状国内外研究现状：国内目前只有华中科技大学和国防科技大学从事过这方面的研究。华中科技大学的主要工作涉及系统的光互联系统整体的架构，系统的整体仿真，实际的实验完成了波导的设计，制作，还有一部分是研究波导与光源耦合的部分。（罗风光）[2]文中[]张瑾.基于EOPCB的光互联板的光耦合研究.华中科技大学.2008提出了一种新的光耦合结构，并在理论上验证了这种耦合结构的损

7、耗较小。采用透镜将光耦合进出波导，多模光纤，无芯光纤和球透镜组成，如下图：国防科技大学设计和制作一种光互联结构，在发射端采用1*12VCSEL阵列，接收端采用1*12PD阵列完成了两块高速FPGA芯片之间的互联，具体的EOPCB板如下图。不过这里采用的波导是光纤带状线。波导与光源的耦合采用的是透镜阵列。2.2国外发展现状传统印刷电路板上的铜线互联在达到GHz的传输速度后，由于介质损耗以及趋肤效应损耗等决定了铜互连的传输损耗，使得信道噪声随着频率的增加呈现指数级别的增长。在高频传输时，传统的电互连存在很多问题。光传输则具有低损耗、高带宽、大

8、容量、无串扰、抗电磁干扰等诸多优点，使得光互连成为解决高速信号互连瓶颈的一个有效方法[[]张金星.基于光波导互连的EOPCB的研究.华中科技大学.2010]。EOPCB（光电印刷电路板）主要利