近日，由欧洲多所大学和研究机构组成的TWILIGHT项目团队，在欧盟地平线计划的支持下，旨在通过前所未有的技术突破，开发出800Gb/s和1.6Tb/s系统级封装（SiP）收发器。这些光收发器将基于InP膜的高性能光子组件和InP-HBT电子集成电路，利用先进的共同集成和封装概念来实现。
随着云应用、大数据、物联网（IoT）、人工智能（AI）和机器学习的快速增长，数据中心的流量将大幅提升。其中，71.5%的流量停留在数据中心内部，而13.6%的流量是在数据中心之间交换。为了应对这一流量增长，市场上对400GbE插拔模块的需求正在迅速增长。
然而，随着流量需求的增加，数据中心运营商面临着巨大的挑战。他们不仅要跟上现代数据中心应用所需的速度，还要应对空气流管理和冷却所需的不断增加的能耗。TWILIGHT项目正是为了解决这一问题，利用一系列技术突破，从基于InP膜的高速光子组件和高性能InP-HBT电子集成电路的开发，到先进的共同集成和封装概念，以实现下一代800Gb/s和1.6Tb/s系统级封装（SiP）的收发器，这些收发器将以112Gbaud每通道的速度运行。
图1：光电集成概念示意图。
具体而言，TWILIGHT的光子技术平台包括超高带宽（100 GHz）的电吸收调制激光器（EMLs）和100 GHz UTC光电二极管，以及它们与其他有源和无源组件的结合，这些组件共同集成在同一芯片上，以实现所有必要的收发器功能。选择性区域生长（SAG）结合对接工艺将用于开发在O波段（用于数据中心内部2km和10km链接）和C波段（用于短距离数据中心互联40km链接）中运行的组件，并优化波分复用（WDM）阵列的带隙以及有源和无源组件的共同集成。
在电子方面，将利用模拟带宽交错概念将TWILIGHT收发器与最新的112G PAM4 SERDES产品对接，并生成每通道112Gbaud PAM4信号。此外，还将共同集成额外的线性驱动器和TIA电路，以进行必要的电子信号放大。TWILIGHT的目标性能将依赖于InP膜和InP-HBT电子层的晶圆级键合，这将使两者在极近的距离内（<20微米），受益于两平台共享相同材料系统的匹配热系数。
此外，TWILIGHT还将开发一个完全集成的中等规模16x16光空间开关，利用极化不敏感的半导体光放大器（PI-SOAs），采用在InP膜平台上的EML SAG中间层堆栈，具有纳秒级延迟和超紧凑的占用空间，以满足数据中心和数据中心互联市场的需求。TWILIGHT项目还在其收发器模块的封装方案上进行了革命性的改进，摒弃了标准的前面板插拔模块形式，采用多芯片模块（MCM）概念。这种方案将光电引擎（OE）围绕ASIC交换芯片布置在同一高速主板上，从而将数字交换机的整体容量从目前的12.8T提升至51.2T。
TWILIGHT项目的技术预计将在6-9年内进入数据中心市场，预计将实现超过70%的功耗节省，并将成本降低到0.89€/Gb/s。
论文链接：
https://ict-twilight.eu/
