硅光PID：4k視頻的絕佳承載技術(shù)

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前視頻流量已經(jīng)占到管道流量的70%以上，全球超過(guò)60家運(yùn)營(yíng)商將視頻作為基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，其中大部分運(yùn)營(yíng)商正計(jì)劃發(fā)布超高清視頻(4K)業(yè)務(wù)，并驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬以10倍量級(jí)提升。高清視頻業(yè)務(wù)在豐富人們生活和體驗(yàn)的同時(shí)，也要求承載網(wǎng)必須要具備更大帶寬、更低時(shí)延、更易維護(hù)的特性。

硅光PID幫助運(yùn)營(yíng)商構(gòu)建最具性價(jià)比的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

波分網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)具備大帶寬、低時(shí)延、硬管道等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)波分技術(shù)使用復(fù)雜光層來(lái)支持多波道數(shù)據(jù)承載，這適合大容量、少站點(diǎn)的骨干網(wǎng)和城域核心，但在小容量、多站點(diǎn)的城域及接入場(chǎng)景，卻意味著復(fù)雜的光層調(diào)測(cè)和運(yùn)維，光子集成器件(PID)技術(shù)的發(fā)展可以很好地解決這一困境，其采用光層器件與電層芯片耦合技術(shù)，無(wú)外部光層，也無(wú)需光層調(diào)測(cè)，提供類似SDH的簡(jiǎn)單運(yùn)維。

圖1 硅光PID極大簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

硅光PID技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)80KM跨距內(nèi)無(wú)需光放，外部無(wú)需色散補(bǔ)償模塊，并已實(shí)現(xiàn)單槽位400G，這意味著實(shí)現(xiàn)單環(huán)800G容量也僅需兩塊單板。擴(kuò)容時(shí)，在核心層直接擴(kuò)展波道，在匯聚層增加PID單板，即插即用，非常方便。如圖1所示，采用硅光PID技術(shù)可以極大簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以一個(gè)單槽位400G的PID為例，如果原先采用10×40GOTU單板，那么直接節(jié)省90%槽位，此外還省掉MUX、DEMUX和DCM模塊，由此可以節(jié)省整個(gè)機(jī)房50%空間，節(jié)省單板功耗50%，節(jié)省光層備件50%，節(jié)省連纖50%。此外，由于硅光PID系統(tǒng)只需安裝PID單板和連接少量跳線，因此比原先波分系統(tǒng)節(jié)省工時(shí)節(jié)約40%。

基于硅光PID技術(shù)的城域網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備功耗和集成度上的具大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了光層極簡(jiǎn)，幫助運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)最具性價(jià)比的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。硅光PID一經(jīng)商用，助力4K視頻讓超寬帶價(jià)值得到了釋放，實(shí)現(xiàn)了消費(fèi)者、運(yùn)營(yíng)商和4K內(nèi)容提供商三方受益，形成了超寬帶的商業(yè)正循環(huán)，一舉解決了傳統(tǒng)承載網(wǎng)在4K視頻業(yè)務(wù)快速發(fā)展下面臨光纖資源耗盡和光纖鋪設(shè)周期長(zhǎng)的雙重挑戰(zhàn)，構(gòu)建了大帶寬、低時(shí)延、零丟包和易運(yùn)維的極簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，完美匹配4K承載要求。

PID技術(shù)的三大典型優(yōu)勢(shì)

PID技術(shù)采用硅光子集成技術(shù)，利用統(tǒng)一的CMOS工藝平臺(tái)，一舉突破早期PID在集成度、性價(jià)比和功耗的諸多瓶頸，具體如下：

(1)高集成度

目前，PID技術(shù)除了硅光子集成，還有二氧化硅平面光波導(dǎo)(SiO2-PLC)，III-IV族材料(如InP)單片集成。相比其他二者，硅光PID的集成度最高，主要體現(xiàn)在其器件體積最小，因而同樣的空間可以容納幾倍的器件規(guī)模。

圖2 硅光與其他工藝下AWG波導(dǎo)尺寸對(duì)比

集成光器件中，波導(dǎo)的尺寸占據(jù)整體器件尺寸的大部分，而波導(dǎo)波導(dǎo)芯層材料與波導(dǎo)包層材料的折射率差直接影響波導(dǎo)的彎曲半徑，折射率差越大，彎曲半徑越小，則器件尺寸越小。硅光波導(dǎo)的折射率差是目前所有商用光波導(dǎo)中最大的，因此能夠?qū)崿F(xiàn)極小的器件尺寸。如圖2所示，對(duì)于陣列波導(dǎo)光柵(AWG)而言，在二氧化硅平臺(tái)下，面積為平方厘米量級(jí);而在硅光平臺(tái)下，卻只有前者的千分之一。

(2)高性價(jià)比

除了集成度，硅光PID技術(shù)在性價(jià)比上具有極大的優(yōu)勢(shì)。

圖3 (a)傳統(tǒng)手工校對(duì)光器件 (b)CMOS規(guī)模化自動(dòng)化生產(chǎn)

首先，傳統(tǒng)的光器件，其采用不同的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)不同功能，各種材料對(duì)應(yīng)生產(chǎn)工藝不同，因此一個(gè)器件的生產(chǎn)涉及眾多環(huán)節(jié);此外，傳統(tǒng)分立器件裝配大量依靠手工調(diào)試和校驗(yàn)，生產(chǎn)效率低，因此導(dǎo)致光器件價(jià)格居高不下。硅光PID技術(shù)可以利用硅基制備除光源外的各種光功能器件，即通過(guò)單一工藝流程實(shí)現(xiàn)整個(gè)器件的制備，并利用了現(xiàn)有成熟的微電子加工工藝(CMOS工藝)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、自動(dòng)化生產(chǎn)，避免了產(chǎn)線重復(fù)投資，有利于降低相關(guān)投資。圖3展示了傳統(tǒng)光器件生產(chǎn)和硅光CMOS自動(dòng)化工藝之間的對(duì)比。

圖4 (a)InP晶圓 (b)硅基晶圓

圖4所示為InP材料和硅基材料的晶圓尺寸對(duì)比，顯然受到材料制備特性的限制，傳統(tǒng)III-IV族光電器件僅能夠在3-4英寸晶圓上面實(shí)現(xiàn)，而硅光器件卻能夠在8-12英寸晶圓上面一次加工，且硅光芯片尺寸更小，因此能夠在一次加工中得到更多的芯片，也使得生產(chǎn)單個(gè)硅光芯片的費(fèi)用遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)光電芯片。

(3)低功耗

圖5 (a)InP晶圓 (b)硅基晶圓

相比傳統(tǒng)技術(shù)， 硅光PID技術(shù)在功耗上占據(jù)極大優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)光器件由多種材料組成不同的功能器件，如圖5(a)所示為一個(gè)普通的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)，激光器、調(diào)制器和連接波導(dǎo)分別用InP、LiNbO3和SiO2三種不同材料制成。各功能器件連接處由于材料的晶格結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致晶格失配，接觸界面不連續(xù)有缺陷，光在其中傳播就會(huì)產(chǎn)生散射而損耗;此外，由于不同材料折射率不同，光在介質(zhì)間傳播也會(huì)導(dǎo)致不同程度的反射和折射，也產(chǎn)生一部分損失。圖5(b)顯示了光信號(hào)在傳統(tǒng)器件不同材料中傳播損耗的示意圖。而硅光PID技術(shù)由于統(tǒng)一工藝材料，所以器件內(nèi)部沒(méi)有多材料導(dǎo)致的光損耗，因此為了獲得與傳統(tǒng)器件同樣的輸出功率，其光源的發(fā)射功率要低很多，因此模塊的功耗也相應(yīng)降低了。

可以預(yù)見(jiàn)，高清視頻將成為未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)流量的主宰，作為承載網(wǎng)絡(luò)，面對(duì)超大帶寬視頻數(shù)據(jù)和最終用戶體驗(yàn)要求，硅光PID通過(guò)多通道集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管道的大規(guī)模擴(kuò)容，確保未來(lái)傳輸流量的幾何量級(jí)提升保障。此外，硅光PID技術(shù)以極簡(jiǎn)架構(gòu)回歸剛性硬管道，剔除網(wǎng)絡(luò)QoS損失，以絕佳的高可靠性、低時(shí)延為客戶帶來(lái)極佳視頻業(yè)務(wù)體驗(yàn)。