broadcom Broadcom的CPO进展

大家好，感谢邀请，今天来为大家分享一下broadcom的问题，以及和Broadcom的CPO进展的一些困惑，大家要是还不太明白的话，也没有关系，因为接下来将为大家分享，希望可以帮助到大家，解决大家的问题，下面就开始吧！

前段时间，关于TSMC和Nvidia、Broadcom合作开发硅光技术的新闻引起了大家的广泛关注。巨头们的强强联合，必定会对硅光产业带来深远的影响。Broadcom是目前仅有的几家发布CPO产品的公司，这篇笔记主要介绍下其CPO技术上的进展与细节。

Broadcom的硅光CPO产品如下图所示。中间较大的芯片为Switch芯片，四周环绕四个光引擎。每个光引擎中包含32个Tx与32个Rx，单通道信号速率为100Gbps，每个光引擎的总带宽为3.2Tbps,可以理解为4个800G硅光芯片，整个系统的带宽为12.8Tbps。Broadcom给出了该CPO系统的四个特色，即高密度的光学连接器(highdensityopticalconnector)、高密度的3D集成(highdensityintegration)、pitch匹配的输入输出接口和高密度的光器件(highdensityopticalcomponent)。

（图片来自https://www.broadcom.com/blog/broadcoms-persistent-cadence-copackaged-optics-innovation）

Broadcom的CPO3D封装方案采用了TSVlast的方案，EIC晶圆首先在正面生长bump,接着bonding到玻璃载片上(glasscarrierwafer)。接着将EIC晶圆减薄到75um，并进行DRIE刻蚀(deepreactiveionetch)，直至露出M1。TSV的pitch为130um,在TSV孔洞中沉积RDL金属。进一步，在EIC晶圆背面形成Copperpillar,用于后续与PIC的bonding。EIC切割成die后，采用CoW(chiponwafer)的方式贴到PIC晶圆上。PIC晶圆采用stealthdicing的方式进行切割。切割好的芯片继续进行与lensarray的贴装。整个3D封装的芯片称为SCIP(siliconphotonicchipletinpackage)。ASIC芯片与SCIP芯片最终都贴到substrate上。整个芯片的截面如下图所示。

该封装方案与Intel的方案非常接近，也是PIC倒装到EIC上，如下图所示，没有采用EIC倒装在PIC上的方案，也没有采用在PIC中制造TSV的技术路线。

（图片来自https://epic-assoc.com/wp-content/uploads/2021/12/Robert-Blum-Intel.pdf）

Broadcom同时开发了可插拔的光学连接器(detachableopticalconnector)，一方面如果光纤出现损坏，可以灵活地替换掉，另一方面，CPO模块的光纤组装可以放在整个封装流程中的最后一步，避免前面组装过程中小段尾纤对封装的影响。此外，可插拔光学连接器也避免了弯曲光纤带来的应力影响。通过一些机械结构的卡槽设计，光纤阵列可以实现与PIC芯片的无源对准，降低了CPO的封装成本，如下图所示。

该光学连接器内部采用双透镜阵列的设计，在PIC的edgecoupler前端与fiberarray前端分别存在一个透镜阵列，对应下图中的218与220。这两个透镜阵列构成一个准直系统，降低了对耦合对准的精度要求。此外Fiberarray不直接与PIC的端面接触，一定程度上保护了edgecoupler的端面。

Broadcom单独开发了外置的激光源模块(remotelasermodule,简称RLM)，并采用QSFP-DD的标准封装，如下图所示。Broadcom没有采用混合集成的方案，一方面是激光器散热的考虑，另一方面也是维护方便的考量。单个激光器的出光功率达到了21dBm,可以支持4路PIC的链路。每个RLM中含有8个DFB激光器，因此可以支持32路PIC,即一个RLM支持一个光引擎。

由于CPO中缩小了switch芯片与OE引擎的距离，电学链路损耗大大缩小，在26GHz时，ASIC到Tx端的损耗为2dB，Rx到ASIC的损耗为2.5dB。相比于可插拔光模块15-20pJ/bit的功耗，CPO系统的功耗降低到5-10pJ/bit，功耗降低了50%多。

Tx和Rx端的测试结果分别如下图所示，Tx端的ER为4dB，TDECQ为2dB，均满足IEEE的要求。Rx端满足IEEE中关于BER<2.4e-4要求的OMA范围为9dB，margin较大。

以上是对Broadcom硅光CPO技术的简单介绍，主要有三个特色：1）采用在EIC上TSVlast的方案进行3D封装方案；2）通过双透镜阵列实现可插拔光学连接器；3）采用外置可插拔光源模块的方案。Broadcom目前的CPO产品应该还没有使用台积电的硅光平台(TSMC硅光封装平台的最新进展)，台积iOIS平台中使用的是在PIC中加工TSV-middle的方案。为CPO模块开发可插拔光连接器，已经成为产业界的一个共识，包括Intel、Cisco和Broadcom等在内，都已经开发出可插拔光连接器，便于系统的测试与维护，消除尾纤带来的不便。一方面我们看到了Broadcom的技术方案，可以借鉴参考，更重要的是他们为何没有选择其它方案，这背后的考虑。对于产品来说，更偏向于选择风险低、技术成熟度高、良率高的路线，采用TSV-last、可插拔光连接器和外置光源，应该都是基于这一点的考量。

文章中如果有任何错误和不严谨之处，还望大家不吝指出，欢迎大家留言讨论。目前三个微信群都已经满员，小豆芽已经新开了微信讨论群4，有需要技术讨论或者商务咨询合作的朋友可以直接添加我的个人微信photon_walker。

1.K.Muth,et.al.,"HighDensityIntegrationTechnologiesforSiPhBasedOpticalI/Os",ECTC20232.R.Schaevitz,et.al.,"Siliconphotonicedgecoupledconnectorviacollimation",US20230251428A1

关于broadcom的内容到此结束，希望对大家有所帮助。