Hiper ölçekli ve işletme veri merkezleri bulut bilişim taleplerini karşılamak için sürekli genişlemelerini sürdürüyor, AI iş yükleri ve 5G kenar hizmetleri, bağlantı altyapısına yönelik baskılar elektrik verilere yol açıyor. Optik bağlantılar bu bağlantıların arka kemiği haline geldi, terabit-per-saniye veri akışlarını raflarda, sıralara ve kampüslere destek vermek için stratejik bir zorunluluktur.

Data Center Interconnects'teki Optik Alıcıların Rolü

Tipik bir veri merkezi bağlantıda, bir verici elektrik verilerini bir alıcıya kadar ayarlar ve fiber kaybı, bölünmesi ve bağlantı bozulmaları azaltılırken, 800 Gbps ve ötesindeki elektrik akımına doğru tırmanır ve alıcı performansındaki talepler, alıcı performansındaki artışları doğrudan yükselterek daha sıkı bir şekilde azaltılmalıdır.

Optik Alıcı Tasarımı için Anahtar Performans Ölçümleri

Yüksek performanslı bir optik alıcıyı tasarlamak birkaç birbirine bağımlı ölçümler dengelemek gerektirir. Aşağıdaki alt bölümler en kritik parametreler mühendisleri dikkate almalıdır.

Band Wide ve Data Rate Tahminleri

Alıcının bant genişliği, modlu sinyalde mevcut en yüksek frekansları karşılamak için yeterince geniş olmalıdır.Intspated signal. For non-zero (NRZ) or nab-amplitude modulation (PAM4) sinyalleri, gerekli bant genişliğini azaltmak için genellikle 0.7 ila 0.8 kat daha fazla çatışmaya yol açıyor.In enough noise causes intersymbol response (ISI), göz diyagramını yükselterek ve BER.Achieving highband often requests daha küçük fotodetector aktif alanları genellikle kapasitance.

  • [FONT:0)NRZ 112 Gbps: Yaklaşık 80 GHz alıcı bant genişliği gerektirir.
  • [FONT=0]PAM4, 112 GBaud'da:) eşdeğer bir NRZ sinyalinin yarısını kullanın, ancak daha yüksek doğrusallık ve SNR'yi talep eder.
  • [FOC) ve DSP, rahatlatıcı analog ön uç kısıtlamaları.

Ticari TIAs now rutin olarak tek kanal alıcıları için 70 GHz'yi aşıyorken, entegre fotonik alıcılar 100 GHz'in ötesine geçerler Gelişmiş CMOS veya SiGe BiCMOS süreçleri).

Hassasiyet ve Gürültü Şekilleri

Alıcı duyarlılığı, bir hedef BER (örneğin, 10 ) ile sınırlı olan minimum optik gücü tanımlar. Yüksek hassasiyet, yükselteçmiş gürültüyü daha düşük maliyetli hale getirir (SNR) için, doğrudan, hassas olmayan bir sinyal algılaması ile daha düşük gürültüyü sağlar.

  • [FONT=0) 100 Gbps doğrudan algılama için sayısal hassasiyet: [Dönetici: -12 ila -15 dBm (en BER 10).-12).
  • [FONT:0] 100 Gbps'de eşan alıcı duyarlılığı: -20 dBm veya güçlü bir LO ile daha iyi.
  • [FONT:0) İleri APD tabanlı alıcılar:) İç kazanç nedeniyle 5-10 dB daha iyi hassasiyet elde edebilir.

Güç Verimliliği ve Termal Yönetim

Veri merkezleri güç kısıtlayıcıları ve daha sonraki saat-ve-data kurtarma (CDR) veya DSP devreleri ile, 100+ Gbps bağlantı için kanal başına 10-50 mW'nin elektriksel hızlarını entegre etmek için birincil olarak TIA'dan gelir ve ASIC'nin güç artırımı (CDR) veya DSP devreleri artırılabilir.

Gelişmiş Teknolojiler Satın Al Optimizasyonu

Birkaç teknolojik atılım, son on yılda optik alıcı performansında adım değiştirme iyileştirmelerini sağladı.

Silikon Fotonikleri ve Fotonik Bütünleşik Devreler

Silikon fotonikleri, 1310 nm ve 1550 nms gibi yüksek sorumluluğa sahip (Ge-on-Si) fotodetektörlere karşı CMOS üretimine sahiptir[0.8-1 A / W) Aynı zamanda Intel ve 1550 nmstreleri, tek bir çip üzerinde yüksek çözünürlükte veya daha düşük çözünürlükte 100-zorlulukta otomatik olarak optimize eder.

Gelişmiş Avalanche Fotodiodes (APDs) ve Ge-on-Si APDs

APDs, transformasyon sürecinin rastgele doğasının yanı sıra, TIA'dan önce fotoğraf akımını basitleştirir, ancak APD'lerin termal gürültüyü aşması ile hassas bir şekilde ortaya çıkar.[Tiff ve multiplikasyon bölgelerin ayırt edilmesiyle birlikte).

Coherent Tespit ve DSP

Coherent Optik iletişim, uzun süreli ağlardan ayrılan bir kez daha veri merkezinde 10 km'nin ötesindeki mesafeler için bağlantılar ve yüksek hesaplı çoklu DSP (WDM) Eş zamanlı alıcılar, yerel osilatör lazer ve yumuşak-düşük bir hata düzeltmesi ve düzeltmesi ile birlikte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte 200 yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.

PAM4 ve FEC ile Doğrudan Tespit

Daha kısa bağlantılar ( 10 km) için, PAM4 modulation ile doğrudan algılama, dört seviyeyi çözmek için daha geniş bir dinamik aralığına sahip oldu.[0,5 $) Bu yerler fotodetektörün gürültü ve bant genişliğine sıkıca ihtiyaç duyarken, 10-12'dan fazla yüksek çözünürlükte (FEC) için yüksek çözünürlükte (FEC) için neredeyse her zaman yüksek çözünürlükte (FEC) için yüksek çözünürlükte (FEC) talep edilir.

Tasarım Challenges and Trade-offs

Gerçek dünya dağıtım için bir alıcıyı optimize etmek, birkaç ilgili zorluğun üstesinden gelmektir.

Termal Etkileri ve Ambalaj

Yüksek hızlı fotonik bileşenler sıcaklık hassastır. Ambalaj malzemelerinin responsivitesi, APDs'in kazanılması ve tüm sıcaklık ile ilgili karanlık akımlar, APD'ler ve sıcaklık artışları, önyargılı gerilim ayarlamaları gerektiren bir şekilde azalır. Ayrıca, ambalaj malzemelerinin ısıtılması, 0°C'nin 85°C'ye kadar performans tahmin etmek için standarttır.

Gürültü ve Crosstalk Yönetimi

Kanal kapasite talepleri karşılamak için artış olduğu gibi, bitişik alıcılar arasındaki geçiş ciddi bir endişe haline gelir. Elektrik çapraztalk, basılı devre kurulunda veya çok çipli modülde bulunan veya WDM sistemlerinde gerçekleşir. Optik haçlar, eğer filtre roll-offs yeterince keskin değildir. Alıcı tasarımcıların ayırıcı sinyal alma, koruma izlerini, kalkanlama ve uyarılama, ve uyarılama işlemine karşı hassas bir şekilde ayarlanır.

Maliyet ve Scalability

Veri merkezi operatörleri, mantık ve hafıza için kullanılan bir yol sunar. Ancak, Almanium epitaxy ve alt-nanometre çiftlerinin yüksek verimle yüksek hacimde üretilmesi gerekir.Polonya fotonikleri 800G ve 1.6T aynı CMOSbs için bir yol sunar, kanaldaki maliyet ve hafızaya gider.

Optik Alıcı Tasarımında Future Yol

Önümüzdeki birkaç gelişmekte olan araştırma yolu, optik alıcı performansını daha da ileri götürmeye söz veriyor.

Ultralow Gürültülü Ampirasyonlar

TIA giriş-günlenen gürültüyü azaltmak, 100 GHz'in üzerindeki genişliğini artırmak için en etkili yollardan biridir.Tek bir devre bloğu kullanarak, dönüştürücü-yaralı topolojileri ve 3 nm FinFET süreçleri, 100 GHz'in üzerindeki gürültüyü incelediğinde TIAs'yi göstermiştir.

Adaptif Signal Processing ve Machine Learning

Geleneksel alıcı ön uçları sabit eşitleme (örneğin, sürekli zamanlı lineer eşitizer CTLE) ve karar geri bildirim eşitleyici (DFE) musluk ağırlıkları ile makine öğrenme teknikleri, alıcı parametrelerini, sıcaklık kayması nedeniyle telafi etmek için gerçek zamanlı olarak adapte edebilir, fiber Kerr nonlinearity ve SNR'yi 1-2 dBSPDDDDDizis olarak geliştirebilir.In coherent alıcılar, nonlinear tazminat algoritmaları, derin öğrenmeden kaynaklanan miktar azaltılabilir.

Roman Malzemeler (2D Malzemeler, Graphene)

Silikon ve Germanyium bugün hükmedirken, grafikte ve geçiş metal dichalcogenides (e.g., MoS2, WS2) fotodeteksiyon için eşsiz özellikler sunar. Graphene fotodetectors, dalga kılavuzluk veya iyonik yapılardan oluşan ultra-broadband yanıtını orta-tansiyonlara ulaşırken, A / 100 fotoğraflı geçiş süresine kadar geçici olarak gösterir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Optik alıcı tasarımları, veri merkezindeki sürekli büyümeyi desteklemek için temeldir.Veri merkezi bağlantılarının evrimi ve üretkenlik ve paketlemeden, alıcının her yönü, veri trafiğinde sürekli gelişimi desteklemek için dikkatli bir şekilde mühendisi olmalıdır.Oda-Si APDs, coherent algılama ve veri merkezindeki karmaşık ağ mühendisleri için, bu tasarım ve maliyetle ilgili doğru gelişmeleri önceden bilgilendirir.