100G/200G SerDes接口及共封装光学模块（CPO）

100G/200G SerDes接口与共封装光学模块（CPO）是高速互连技术的核心组成部分，主要面向数据中心、高性能计算（HPC）和5G网络等对带宽和能效要求苛刻的场景。

以下是关键技术点解析：

1. SerDes接口（100G/200G）

定义：

SerDes（Serializer/Deserializer）是一种将并行数据转换为高速串行信号的IP核，用于芯片间或板级高速通信。

关键技术：

调制技术：

NRZ：传统方式（如PAM4出现前用于100G以下）。

PAM4：200G/400G的主流调制（如200G SerDes采用56Gbaud PAM4）。

工艺节点：先进制程（如7nm/5nm）降低功耗，提升速率。

前向纠错（FEC）：应对PAM4的高误码率，如RS-FEC。

信道补偿：CTLE/DFE/FFE等均衡技术补偿信道损耗。

挑战：

信号完整性（串扰、抖动）。

功耗随速率指数增长（200G SerDes功耗可能达~15pJ/bit）。

2. 共封装光学（CPO）

定义：

将光引擎与ASIC/交换机芯片封装在同一基板上，替代传统可插拔光模块（如QSFP-DD），缩短电通道距离。

优势：

能效：减少电-光转换损耗，功耗可降低30%-50%（如从~14W降至~7W per 100G）。

密度：支持更高端口密度（如51.2T交换机+CPO实现128x400G）。

延迟：缩短互连长度，降低纳秒级延迟。

关键技术：

光引擎集成：

硅光（SiPh）：Intel、Broadcom等采用硅基调制器/探测器。

VCSEL/EML：短距多模（VCSEL）或长距单模（EML）光源选择。

封装工艺：

2.5D/3D封装：通过中介层（Interposer）连接光芯片与电芯片。

热管理：微流道冷却等应对光器件温敏问题。

标准化：

COBO、OIF等组织推动CPO规范（如3.2T光引擎模块定义）。

挑战：

可靠性：光器件与电芯片的协同老化测试。

成本：初期成本高于可插拔模块，需规模化降本。

维护：不可插拔设计增加故障替换复杂度。

3. SerDes与CPO的协同设计

接口匹配：CPO需支持SerDes的NRZ/PAM4信号，如112G PAM4 SerDes直接驱动光引擎。

信道优化：CPO的极短距离（<5cm）允许简化SerDes均衡（减少DFE抽头数）。

协议支持：IEEE 802.3df（800G/1.6T Ethernet）定义CPO与SerDes的协同标准。

4. 应用场景

数据中心：谷歌、Meta的下一代叶脊架构（如1.6T CPO交换机）。

AI集群：NVIDIA的NVLink over CPO实现GPU间低延迟互联。

电信：5G前传/中传的高带宽需求（如Open RAN中的CPO应用）。

5. 未来趋势

速率提升：向224G SerDes（支持800G/1.6T CPO）演进。

光电合封：从CPO迈向更紧密的光电共晶（EO Co-Die）。

新材料：氮化硅（SiN）波导降低光损耗，铌酸锂（LiNbO3）提升调制效率。

总结：100G/200G SerDes与CPO的结合是突破“功耗墙”和“带宽墙”的关键，需跨学科协同（半导体工艺、光电子、封装技术），预计2025年后进入大规模商用阶段。