Nubis公司的1.6T光引擎

这篇笔记介绍下Nubis公司的1.6T硅光光引擎细节，供大家参考。

先简单介绍下Nubis Communications公司，这家名中带牛的公司成立于2020年。公司前面3年处于stealth mode，于2023年2月份发布其基于硅光芯片的1.6T光引擎XT1600，单通道速率为112Gbps, 功耗达到4.9pJ/bit，带宽密度达到250Gbps/mm，是业界目前功耗最低、密度最高的光互连产品，引起了广泛关注，不鸣则已，一鸣惊人。公司的创始人为Peter Winzer，光通信行业大佬，Optica Fellow，曾任职贝尔实验室光传输部门负责人，致力于推广多芯光纤传输技术。Nubis公司目前总融资额超过5000万美金，投资人包括Matrix、imec、爱立信等，可见投资界与产业界的认可。

传统的CPO方案中，ASIC芯片位于基板中央，而光引擎分布在基板的四条片上，典型的结构如下左图所示，由于PIC通过采用edge coupler进行耦合，光纤阵列从CPO的一侧对外输出光信号。而Nubis公司的方案是采用2D光纤阵列进行表面耦合，提高了带宽密度。此外，由于光纤从芯片表面输出，光引擎可以以二维阵列的形式分布在基板上，而不局限在四条边上，如下右图所示。

（图片来自https://tdk-ventures.com/why-tdk-ventures-is-investing-in-nubis-communications-and-the-next-generation-of-optical-connectivity/）

Nubis的1.6T光引擎实物图如下图所示，硅光芯片的尺寸为7mm*5.5mm, 内部包含16通道Tx与Rx，单通道信号速率为112Gbps，共包含36个光口，有4个光口用于激光器输入，光纤阵列每行有12个光口。

（图片来自https://tdk-ventures.com/why-tdk-ventures-is-investing-in-nubis-communications-and-the-next-generation-of-optical-connectivity/）

在PIC芯片上flip-chip多颗driver和TIA芯片，对应上图中FA四周的四颗芯片，其中driver芯片含equalization功能。封装好后的光引擎尺寸为15mm*15mm*3mm。光引擎可以通过2D阵列分布的形式，进一步提高带宽密度，将带宽密度进一步提升到0.75Tbps/mm。关于其硅光芯片的fab，目前还无法得知。

（图片来自文献1）

整个光引擎的功耗为8.7W(包含激光器的功耗2W)，对应的能耗比为4.9pJ/bit。光引擎中只包含模拟芯片与硅光芯片，没有使用retimer芯片，因此其延迟较低。

Nubis 1.6T光引擎由于其延迟低、功耗低、带宽密度大的优势，一方面与当前火热的linear drive概念联系紧密，有望应用在LPO光模块中，另一方面其也在推动optical IO领域的应用，实现shelf-to-shelf的AI芯片低延迟互联。Nubis与Alphawave公司合作，实现了PCIe 6信号通过光纤进行传递。其核心技术包括硅光芯片与模拟芯片的联合设计，从整体上优化整个系统，将功耗降低到5pJ/bit以下，而特有的2D光纤阵列使得其带宽密度优于传统光模块。目前其1.6T光引擎已处于送样阶段。虽然硅光技术发展多年，但是光耦合方案一直是重中之重，几乎每家硅光公司都在开发其特有的耦合方案，将耦合效率做到极致，形成护城河，包括Intel、Luxtera等。 参考文献： 1. Peter Winzer, “Ultra-Dense and Ultra-Low Power 16×112-Gbps Linear-Drive Silicon Photonics for ML/AI”. OCP Global Summit. 2023.

2. https://awavesemi.com/press-release/nubis-communications-and-alphawave-semi-showcase-first-demonstration-of-optical-pci-express-6-0-technology/