第一作者：譚旻等

　　通訊作者：譚旻、須江等

　　通訊單位：華中科技大學、香港科技大學等15個機構

　　內容簡介

　　光電共封裝（CPO）通過先進封裝和電子與光子的協同優化，顯著縮短電互連長度，是提升帶寬密度和能效的顛覆性方法。CPO的核心思想是光電融合，硅平臺是CPO的優選平臺。CPO是一個跨學科的研究領域，涉及光子器件、集成電路、封裝、建模仿真、應用、標準化等。本文旨在全面闡述CPO的最新進展、主要挑戰及潛在解決方案，從而為讀者提供有用的參考。相關工作以Co?packaged optics (CPO): status, challenges, and solutions為題于2023年3月20日發表在Frontiers of Optoelectronics期刊上。本文從器件制備、激光器、DSP、建模仿真、標準等12個方面的內容對CPO的現狀、挑戰及解決方案進行了深入探討。

　　內容1：器件制備

　　CPO技術需要開發先進的工藝制程及器件結構。在3D集成的CPO形式中，硅光子芯片作為較短距離互聯的中間連接器件，可以實現更低的功耗。此外，標準的硅光子制造技術必須與封裝進行協同開發，以實現更好的整體性能。

　　分內容負責人：馮俊波，junbo.feng@cumec.cn，重慶聯合微電子有限公司

　　內容2：外置激光器

　　分析了激光芯片的要求。結果表明，高輸出功率和熱電制冷器（TEC）是CPO外置激光器功耗的主要貢獻因素。本小節提出了降低外置激光器器功耗的潛在解決方案。

　　分內容負責人：張華，zhanghua8@hisense.com，青島海信寬帶多媒體技術有限公司

　　內容3：光功率傳輸

　　光功率傳輸系統往往被過度簡化或甚至被忽略。本節試圖從三個方面闡述光功率傳輸中的基本問題，具體來說包括：功率需求的增長，需要什么技術，以及主要的挑戰是什么。

　　分內容負責人：須江，jiang.xu@ust.hk，香港科技大學

　　內容4：用于CPO的DSP芯片

　　DSP芯片在CPO中扮演著重要角色。本節總結了主機端和線路端電互連的要求，并指出了DSP設計的考慮因素，包括收發機架構、時鐘方案和均衡實現等。

　　分內容負責人：鄭旭強，zhengxuqiang@ime.ac.cn，中科院微電子所

　　內容5：用于CPO的微環陣列發射機

　　微環調制器具有小面積、高能效，且與波分復用兼容等特點，對CPO而言是一個非常有前途的候選方案。同時也面臨著許多挑戰，如波長控制和偏振敏感性等。本節總結了微環收發器陣列的挑戰和最新的進展，并提供了應對這些挑戰的建議。

　　分內容負責人：譚旻，mtan@hust.edu.cn，華中科技大學

　　內容6：基于馬赫-曾德調制器（MZM）的CPO發射機

　　MZM已經商業化，是替換現有可插拔光模塊的重要解決方案。然而，MZM驅動器設計在電壓擺動、帶寬、能量效率等其他方面面臨著諸多挑戰。本節重點介紹MZM發射機的驅動器設計。

　　分內容負責人：譚旻，mtan@hust.edu.cn，華中科技大學

　　內容7：CPO的光接收前端

　　與BiCMOS相比，基于CMOS的光接收器在集成度、能量效率和成本方面更加兼容CPO。本節將提供CMOS光接收前端芯片設計的最新進展，為未來CPO全集成電芯片的設計指明道路。

　　分內容負責人：李丹，dan.li@xjtu.edu.cn，西安交通大學

　　內容8：面向CPO的2.5D和3D封裝技術

　　2.5D、3D封裝技術可以實現高帶寬、低功耗的高集成度CPO。本節主要討論IMECAS開發的2D/2.5D/3D硅光共封裝模塊、2D MCM光模塊封裝問題以及硅光晶元級封裝的挑戰。

　　分內容負責人：薛海韻，xuehaiyun@ime.ac.cn，中科院微電子所

　　內容9：面向CPO的電光聯合仿真

　　電光聯合仿真是大規模電光聯合設計的前提條件。然而，這個領域相對不成熟，面臨許多方法論及工程方面的挑戰。主流方法是將光子器件模塊集成到電子設計自動化平臺中。本節主要討論光子器件建模、時域仿真和頻域仿真的挑戰和解決方案。

　　分內容負責人：譚旻，mtan@hust.edu.cn，華中科技大學

　　內容10：關于高性能計算（HPC）光互連的系統考慮

　　本節將光互連鏈路分解為硬件和軟件兩部分，相應地討論它們的現狀、挑戰以及它們如何影響光鏈路和網絡的完整性。最后，本節討論了光互連在未來HPC網絡中的下一個里程碑。

　　分內容負責人：常天海，changtianhai@huawei.com，華為技術有限公司

　　內容11：HPC中的光電混合接口

　　出于兼容性的考慮，HPC一直不愿意轉向新技術。到目前為止，光電混合集成并沒有真正發揮其集成優勢。本節分析了CPO的不同互連設計考慮，并提出了加速CPO在HPC中應用的建議。

　　分內容負責人：羅章，jiiftluo@nudt.edu.cn，國防科技大學

　　內容12：CPO的發展與標準化

　　中國計算機互連技術聯盟（CCITA）已經通過協調學術界和工業界，發起了中國CPO標準化的工作。本節概述了中國CPO標準化工作的技術和經濟考慮。

　　分內容負責人：郝沁汾，haoqinfen@ict.ac.cn，中科院計算所

　　總結

　　CPO技術是光電融合思想的重要應用，將給數據傳輸帶來顛覆性的改變，是光電子信息領域的核心關鍵技術。本文從光器件、電子芯片、封裝、建模仿真、標準化等多方面對CPO技術的最新進展、主要挑戰及潛在解決方案進行了全面的闡述，以期加快我國在該技術領域的發展進程。

　　作者介紹

　　譚旻，博導、華中科技大學集成電路學院和武漢光電國家研究中心雙聘教授。主要研究領域為光電融合芯片設計及其建模仿真技術。主要研究貢獻包括：通過集成電路設計與集成光子的有機結合，發展了以反饋控制為核心的模擬光電融合芯片設計新方向，并在高性能運放、動態電源、硬件復用及波長穩定性控制等方面做出了多項創新性的研究成果。目前已經在JSSC, TIT, TCAS-I, TCAS-II, JLT, OE, ISCAS等國際一流期刊和會議上發表一作及通訊作者論文40多篇，申請及獲授權專利30余項。任ICTA等會議的技術委員會成員，《光通訊研究》期刊青年編委，《Frontiers of Optoelectronics》期刊青年編委，教育部學位與研究生教育發展中心評議專家，教育部學位中心博士論文評審專家，國家自然科學基金函評專家，中科院學部“光電融合集成”前沿交叉研判項目組成員，JSSC, TCAS-I, JLT, TPE, ISCAS, TCAS-II等多個雜志審稿人。開設了功率集成電路、高級功率集成電路、光電融合芯片與系統等課程。

　　聯系郵箱：mtan@hust.edu.cn

　　聯系網頁：www.ephic.net

　　期刊簡介

　　Frontiers of Optoelectronics (FOE)期刊是由教育部主管、高等教育出版社出版、德國施普林格（Springer）出版公司海外發行的Frontiers系列英文學術期刊之一，以網絡版和印刷版兩種形式出版。由北京大學龔旗煌院士、西安電子科技大學張新亮教授共同擔任主編。

　　其宗旨是介紹國際光電子領域最新研究成果和前沿進展，并致力成為本領域內研究人員與國內外同行進行快速學術交流的重要信息平臺。該刊的聯合主辦單位是高等教育出版社、華中科技大學和中國光學學會，承辦單位是武漢光電國家研究中心。FOE期刊已被Emerging Sources Citation Index (ESCI), Ei Compendex, SCOPUS, INSPEC, Google Scholar, CSA, Chinese Science Citation Database (CSCD), OCLC, SCImago, Summon by ProQuest等收錄。2019年入選中國科技期刊卓越行動計劃梯隊期刊項目。

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