第一作者：谭旻等

通讯作者：谭旻、须江等

通讯单位：华中科技大学、香港科技大学等15个机构

内容简介

光电共封装（CPO）通过先进封装和电子与光子的协同优化，显著缩短电互连长度，是提升带宽密度和能效的颠覆性方法。CPO的核心思想是光电融合，硅平台是CPO的优选平台。CPO是一个跨学科的研究领域，涉及光子器件、集成电路、封装、建模仿真、应用、标准化等。本文旨在全面阐述CPO的最新进展、主要挑战及潜在解决方案，从而为读者提供有用的参考。相关工作以Co‑packaged optics (CPO): status, challenges, and solutions为题于2023年3月20日发表在Frontiers of Optoelectronics期刊上。本文从器件制备、激光器、DSP、建模仿真、标准等12个方面的内容对CPO的现状、挑战及解决方案进行了深入探讨。

内容1 ：器件制备

CPO技术需要开发先进的工艺制程及器件结构。在3D集成的CPO形式中，硅光子芯片作为较短距离互联的中间连接器件，可以实现更低的功耗。此外，标准的硅光子制造技术必须与封装进行协同开发，以实现更好的整体性能。

分内容负责人：冯俊波，junbo.feng@cumec.cn，重庆联合微电子有限公司

内容2 ：外置激光器

分析了激光芯片的要求。结果表明，高输出功率和热电制冷器（TEC）是CPO外置激光器功耗的主要贡献因素。本小节提出了降低外置激光器器功耗的潜在解决方案。

分内容负责人：张华，zhanghua8@hisense.com，青岛海信宽带多媒体技术有限公司

内容3 ：光功率传输

光功率传输系统往往被过度简化或甚至被忽略。本节试图从三个方面阐述光功率传输中的基本问题，具体来说包括：功率需求的增长，需要什么技术，以及主要的挑战是什么。

分内容负责人：须江，jiang.xu@ust.hk，香港科技大学

内容4 ：用于CPO的DSP芯片

DSP芯片在CPO中扮演着重要角色。本节总结了主机端和线路端电互连的要求，并指出了DSP设计的考虑因素，包括收发机架构、时钟方案和均衡实现等。

分内容负责人：郑旭强，zhengxuqiang@ime.ac.cn，中科院微电子所

内容5：用于CPO的微环阵列发射机

微环调制器具有小面积、高能效，且与波分复用兼容等特点，对CPO而言是一个非常有前途的候选方案。同时也面临着许多挑战，如波长控制和偏振敏感性等。本节总结了微环收发器阵列的挑战和最新的进展，并提供了应对这些挑战的建议。

分内容负责人：谭旻，mtan@hust.edu.cn，华中科技大学

内容6：基于马赫-曾德调制器（MZM）的CPO发射机

MZM已经商业化，是替换现有可插拔光模块的重要解决方案。然而，MZM驱动器设计在电压摆动、带宽、能量效率等其他方面面临着诸多挑战。本节重点介绍MZM发射机的驱动器设计。

分内容负责人：谭旻，mtan@hust.edu.cn，华中科技大学

内容7：CPO的光接收前端

与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。本节将提供CMOS光接收前端芯片设计的最新进展，为未来CPO全集成电芯片的设计指明道路。

分内容负责人：李丹，dan.li@xjtu.edu.cn，西安交通大学

内容8：面向CPO的2.5D和3D封装技术

2.5D、3D封装技术可以实现高带宽、低功耗的高集成度CPO。本节主要讨论IMECAS开发的2D/2.5D/3D硅光共封装模块、2D MCM光模块封装问题以及硅光晶元级封装的挑战。

分内容负责人：薛海韵，xuehaiyun@ime.ac.cn，中科院微电子所

内容9：面向CPO的电光联合仿真

电光联合仿真是大规模电光联合设计的前提条件。然而，这个领域相对不成熟，面临许多方法论及工程方面的挑战。主流方法是将光子器件模块集成到电子设计自动化平台中。本节主要讨论光子器件建模、时域仿真和频域仿真的挑战和解决方案。

分内容负责人：谭旻，mtan@hust.edu.cn，华中科技大学

内容10：关于高性能计算（HPC）光互连的系统考虑

本节将光互连链路分解为硬件和软件两部分，相应地讨论它们的现状、挑战以及它们如何影响光链路和网络的完整性。最后，本节讨论了光互连在未来HPC网络中的下一个里程碑。

分内容负责人：常天海，changtianhai@huawei.com，华为技术有限公司

内容11：HPC中的光电混合接口

出于兼容性的考虑，HPC一直不愿意转向新技术。到目前为止，光电混合集成并没有真正发挥其集成优势。本节分析了CPO的不同互连设计考虑，并提出了加速CPO在HPC中应用的建议。

分内容负责人：罗章，jiiftluo@nudt.edu.cn，国防科技大学

内容12：CPO的发展与标准化

中国计算机互连技术联盟（CCITA）已经通过协调学术界和工业界，发起了中国CPO标准化的工作。本节概述了中国CPO标准化工作的技术和经济考虑。

分内容负责人：郝沁汾，haoqinfen@ict.ac.cn，中科院计算所

总结

CPO技术是光电融合思想的重要应用，将给数据传输带来颠覆性的改变，是光电子信息领域的核心关键技术。本文从光器件、电子芯片、封装、建模仿真、标准化等多方面对CPO技术的最新进展、主要挑战及潜在解决方案进行了全面的阐述，以期加快我国在该技术领域的发展进程。

详情请阅读：https://link.springer.com/article/10.1007/s12200-022-00055-y

作者介绍

谭旻，博导、华中科技大学集成电路学院和武汉光电国家研究中心双聘教授。主要研究领域为光电融合芯片设计及其建模仿真技术。主要研究贡献包括：通过集成电路设计与集成光子的有机结合，发展了以反馈控制为核心的模拟光电融合芯片设计新方向，并在高性能运放、动态电源、硬件复用及波长稳定性控制等方面做出了多项创新性的研究成果。目前已经在JSSC, TIT, TCAS-I, TCAS-II, JLT, OE, ISCAS等国际一流期刊和会议上发表一作及通讯作者论文40多篇，申请及获授权专利30余项。任ICTA等会议的技术委员会成员，《光通讯研究》期刊青年编委，《Frontiers of Optoelectronics》期刊青年编委，教育部学位与研究生教育发展中心评议专家，教育部学位中心博士论文评审专家，国家自然科学基金函评专家，中科院学部“光电融合集成”前沿交叉研判项目组成员，JSSC, TCAS-I, JLT, TPE, ISCAS, TCAS-II等多个杂志审稿人。开设了功率集成电路、高级功率集成电路、光电融合芯片与系统等课程。

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