邁向高速傳輸時(shí)代　光通訊應(yīng)用水漲船高

1、邁向高速傳輸時(shí)代光通訊應(yīng)用水漲船高    文陳乃塘隨著光通訊的距離縮短，加上從化合物半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)光器件，到可以采用硅(Si)系半導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)，光通訊的應(yīng)用空間已能從框體外的連接逐步滲透到框體內(nèi)部、線路板之間，甚至芯片與芯片之間的配線等。應(yīng)用的空間從長(zhǎng)距離上的應(yīng)用往下延伸到高性能服務(wù)器、路由器等通訊機(jī)器，甚至有機(jī)會(huì)滲透到手機(jī)等產(chǎn)品。光傳送的發(fā)光器件及受光器件的開(kāi)發(fā)影響，過(guò)去的化合物半導(dǎo)體已開(kāi)始采用親合性高Si材料的CMOS技術(shù)，來(lái)加速開(kāi)發(fā)光器件或是光導(dǎo)文陳乃塘 隨著光通訊的距離縮短，加上從化合物半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)光器件，到可以采用硅(Si)系半導(dǎo)體來(lái)

2、實(shí)現(xiàn)，光通訊的應(yīng)用空間已能從框體外的連接逐步滲透到框體內(nèi)部、線路板之間，甚至芯片與芯片之間的配線等。應(yīng)用的空間從長(zhǎng)距離上的應(yīng)用往下延伸到高性能服務(wù)器、路由器等通訊機(jī)器，甚至有機(jī)會(huì)滲透到手機(jī)等產(chǎn)品。 光傳送的發(fā)光器件及受光器件的開(kāi)發(fā)影響，過(guò)去的化合物半導(dǎo)體已開(kāi)始采用親合性高Si材料的CMOS技術(shù)，來(lái)加速開(kāi)發(fā)光器件或是光導(dǎo)波線路，進(jìn)而節(jié)省成本。談到電氣配線會(huì)引發(fā)聯(lián)想的問(wèn)題包括了靜電防護(hù)(ESD)、電磁干擾(EMI)、傳送速度、傳輸距離、頻帶限制、訊號(hào)串音、阻抗匹配、訊號(hào)延遲等，且訊號(hào)線也較過(guò)去的線路體積大。而光配線最主要的問(wèn)題，都圍繞在轉(zhuǎn)換新系統(tǒng)時(shí)成本高、光器件貴、驅(qū)動(dòng)器與調(diào)制器線路多、

3、配線難以彎曲、壽命與信賴性等議題上。 然而，上述刻板印象已逐漸減少中，光纖到戶(FTTH)的出現(xiàn)，至少可將發(fā)光、受光器件對(duì)應(yīng)到1Gbit/s傳輸速度，并將價(jià)格拉低，且銳角彎曲的廉價(jià)玻璃光纖目前也已經(jīng)出現(xiàn)，加上使用樹(shù)脂制作的光波長(zhǎng)多重分合器件等提案陸續(xù)發(fā)表的情況分析，光傳送的總體費(fèi)用可望逐步接近電氣傳送，而廠商也開(kāi)始認(rèn)真檢討產(chǎn)品框體內(nèi)利用光傳送的技術(shù)的可行性。 透過(guò)光傳輸解決速度/干擾問(wèn)題 手機(jī)液晶面板到處理器之間的傳送速度須大于400Mbit/s，若采光傳送其傳送速度及小型化將可兩立并順帶解決EMI問(wèn)題，尤其折迭式手機(jī)的鉸鏈(Hinge)空間有限，其導(dǎo)入光傳送就合

4、乎邏輯；且未來(lái)手機(jī)將朝4G前進(jìn)，既有的電氣傳送接口將無(wú)法滿足，若增加通道將不符手機(jī)小型化要求，且EMI將是大問(wèn)題。 過(guò)去薄膜層狀光導(dǎo)波路都須以光刻蝕(Photo-lithography)手法制作，且TAT(Total Around Time)就需要數(shù)個(gè)小時(shí)，制造裝置費(fèi)時(shí)又昂貴，因此各廠開(kāi)始提出各種方案克服這項(xiàng)問(wèn)題。目前歐姆龍(Omron)已發(fā)展出1毫米幅、0.15毫米厚度的薄膜層狀光導(dǎo)波線路，由于受光發(fā)光器件價(jià)格下降，可藉由改善光導(dǎo)波路的制程進(jìn)而降低成本；SPICA (Stacked Polymer Optical IC/Advanced Tech-nology)系奧姆龍所開(kāi)發(fā)的制造

5、方法(圖1)，大幅度減少工程數(shù)量，且同樣的工程也制造了FTTH的光分路器(Splitter)。富士全錄(Xerox)利用該公司在復(fù)印機(jī)上所利用的PDMS(Poly-Dimethylsiloxane)的硅膠鑄型制造工程，開(kāi)發(fā)出LAMM(Large-Area Advanced Micro Molding)的工法(圖2)。PDMS的材料費(fèi)用相當(dāng)?shù)土?，根本不需要基板，不?huì)有廢料的問(wèn)題，比起光刻蝕的制造工程至少低五分之一。其它如道康寧(DowCorning)、三井化學(xué)等化學(xué)系制造商，都有進(jìn)行薄膜狀或是片狀的光導(dǎo)波路的開(kāi)發(fā)(表1)，便宜且特性佳的光導(dǎo)波路將成為未來(lái)應(yīng)用之一。 圖1SPICA制造工

6、程示意圖 圖2LAMM制造示意圖表1各類型光導(dǎo)波路制造方法比較若是應(yīng)用于基干網(wǎng)絡(luò)大型服務(wù)器、路由器或背板應(yīng)用(Backplane)等，利用光傳送將能確保高容量傳送、LSI、連接器端子數(shù)少及成本低等優(yōu)勢(shì)。 對(duì)于服務(wù)器、路由器來(lái)說(shuō)，背板的總傳送容量始終是關(guān)注的焦點(diǎn)，以因特網(wǎng)而言，其數(shù)據(jù)流通量的發(fā)展迅速，到了2010年電氣傳送能否跟上應(yīng)用于背板基干路由器的處理速度仍意見(jiàn)分歧；眾多說(shuō)法為，到了2010年超越4Tbit/s的機(jī)會(huì)很高，而解決的對(duì)策不外乎增加配線的數(shù)量。 以背板廣泛使用每一個(gè)傳輸通道3.125Gbit/s的XAUI來(lái)說(shuō)，若要提供1.2Tbit/s能力，開(kāi)關(guān)用途

7、的適配卡連接器端子數(shù)將超越兩千；且現(xiàn)實(shí)用在連接器的插拔也有困難點(diǎn)。雖然IEEE 802.3ap(Backplane Ethernet)可提供10Gbit/s串行接口達(dá)成總?cè)萘?.2Tbit/s不是問(wèn)題，但若眺望2010年，到時(shí)每一個(gè)傳輸巷道所需的傳送速度須達(dá)到40Gbit/s的水平時(shí)，電氣傳送能否實(shí)現(xiàn)將是個(gè)大問(wèn)號(hào)。 光配線應(yīng)用浮出臺(tái)面 雖然目前廠商試作的機(jī)器已經(jīng)完成，但基于上述緣故，通訊設(shè)備或服務(wù)器廠商對(duì)于背板應(yīng)用的觀點(diǎn)，多致力于光配線的研究開(kāi)發(fā)。其中最被質(zhì)疑的瓶頸仍在于費(fèi)用及產(chǎn)品使用信賴度，雖然FTTH將帶來(lái)1Gbit/s傳送速度與發(fā)光、受光器件的價(jià)格降低，但對(duì)于10Gb

8、it/s前后的激光器或是光電二極管價(jià)格居高不下，更別提40Gbit/s等級(jí)的器件，因此以量制價(jià)才有希望在未來(lái)讓更多應(yīng)用產(chǎn)生。 采用任何新技術(shù)前抱持信賴性的懷疑，是因?yàn)檫^(guò)去曾經(jīng)發(fā)生的案例，富士通將光傳送應(yīng)用于超高速、超高密度的領(lǐng)域，其850nm波長(zhǎng)的VCSEL發(fā)生“頓死”現(xiàn)象，換言之，突然發(fā)生熱暴走而停止機(jī)能，雖然此問(wèn)題后來(lái)逐漸理清，卻埋下不小的陰影。因此光通訊要邁入實(shí)用化還須時(shí)間與經(jīng)驗(yàn)的累積，若要在框體內(nèi)采光傳送技術(shù)，還須同時(shí)解決連接器及器件規(guī)格化的問(wèn)題，才能確立量產(chǎn)技術(shù)力求克服成本低與高整合。 從其它層面來(lái)看，光傳送所要求的精確度比電氣傳送要高，且彼此裝置間要能容易連接就

9、是就是一項(xiàng)重要技術(shù)；此外，核心與核心的直接面對(duì)場(chǎng)合中，位置相合的誤差也僅允許5微米(m)的程度；而一般光的通路，光導(dǎo)波路的核心直徑多模約是50納米，單模則是數(shù)微米10微米，因此，約核心十分之一的精確度為必要，也讓線路板間的光配線市場(chǎng)以多模為主。 2005年6月日本的線路板工業(yè)協(xié)會(huì)(JPCA)，就采用NEC與Fujikura所開(kāi)發(fā)的PETIT光連接器規(guī)格，且LSI芯片與芯片間，或芯片內(nèi)部的接續(xù)，更已跨越10Gbit/s以上門坎解決RC的延遲。此外，英特爾(Intel)于2004年IDF中也提出“硅光”的概念(圖3)，并將光電器件整合到LSI。目前英特爾、NEC、麻省理工學(xué)院等產(chǎn)業(yè)或?qū)W界，都在角逐所謂Ge on Si型的光電二極管，其動(dòng)作頻率為10G29GHz，器件的面積尺寸可低于0.5平方微米以下，要達(dá)到40GHz以上也有可能。圖3英特爾硅光的構(gòu)想概念圖表2Luxtera收發(fā)器器件表就Si系調(diào)制器而言，2005年春季英特爾及Luxtera已發(fā)表10GHz