Broadcom的CPO进展(续)

前面根据ECTC 2023的会议文章，介绍了Broadcom的CPO技术(Broadcom的CPO进展)。但文中的CPO产品并不是Broadcom最新一代CPO，最近凑巧在Linkin上划水时看到了一张图片，涉及到了博通最新一代51.2T CPO产品的一些技术细节，这里和大家分享一下。

图片不是特别清晰，但是信息量比较丰富。新一代CPO产品主要有四个特色， 1)FOWLP OE Attach 2)ODM System Integration 3)64 channel EIC with CMOS driver and TIA 4)64 channel FR4 PIC with intergrated mux/demux

首先，在新一代CPO产品中，光引擎的封装方案由EIC的TSV last方案，更改为更加成熟的FOWLP方案。FOWLP的全称是fanout wafer level packaging。它是一种2.5D封装方案，可以将多颗芯粒集成到同一个封装内，如下图所示, 也称为INFO (Integrated Fanout)。FOWLP技术原本是为了解决随着芯片面积的减小和I/O接口数的增多，导致芯片内无法提供足够多空间放置I/O接口的难题。将多颗芯片同时放置在一个carrier wafer上，通过molding形成新的晶圆，再借助RDL层，将芯片内的IO接口引出(fan out)到芯片之外, 实现了更高的I/O密度。

(图片来自https://3dfabric.tsmc.com/japanese/dedicatedFoundry/technology/InFO.htm)

Broadcom没有给出具体的EIC和PIC封装结构图，小豆芽找到了新加坡IME的硅光芯片采用FOWLP封装方案的一张图片，可以对照参考下。借助FOWLP技术，在molding中制作VIA，同时给EIC和PIC供电。在FOWLP流程中，需要对edge coupler区域做特殊保护。

（图片来自文献1）

ODM的全称是original design manufacturer, 关于ODM system integration， Marvell在其CPO产品中也有类似描述，通过与ODM厂商合作，从而得到CPO生态系统的支持。这一点更多的是商业上的考虑。

单颗PIC中含有64个通道，单通道速率为100Gbps。单颗光芯片上集成了64通道，凸显了硅光在集成度上的优势，但对芯片的良率带来了更严苛的要求。由于通道数较多，如果仍然采用单波长方案，对应的光纤数将超过130根，不利于光学封装。因此，Broadcom采用了片上集成的Mux/DeMux设计，单个端口中含有CWDM4四个波长的信号，大大减小了光纤数目。简单估计下，Tx输出和Rx输入端共需32个光口，此外一个DFB可以支持4通道，激光器输入需要16个端口，光学封装仍然很有挑战。硅光片上集成的DeMux，一直是行业的难点，Intel和Luxtera的产品中都是采用外置的DeMux器件，华为采用了基于SiN波导的方案。Broadcom应该也是采用类似的方案。

与光芯片配套的电芯片，采用了CMOS工艺，这对driver的输出摆幅带来了限制，不像采用BiCMOS工艺的商用driver芯片，可以提供3-4Vpp的输出。相应地，对硅光调制器的设计也带来了挑战。小豆芽推测，Broadcom大概率是采用的segmented MZM设计，而不是传统的TWMZM设计，如下图所示。对应的分布式driver设计难度也较大，需要严格控制好延迟。采用Segmented-MZM设计，单通道信号速率有望进一步提高，达到200Gbps。Luxtera也是采用类似的Segmented-MZM设计。

（图片来自文献2)

根据官网给出的数据，新一代CPO的功耗为5.5W/800G, 对应能效比为6.8pJ/bit，性能非常优秀，这是整个系统协同设计优化的结果。Broadcom的CPO团队包括150多名工程师，不同专业领域的工程师集团化作战，具体细节可以参看其官网的介绍，链接如下https://www.broadcom.com/blog/broadcoms-persistent-cadence-copackaged-optics-innovation。

以上是基于Broadcom一页ppt的一些猜想与分析，可能与实际方案有一定出入，仅供大家参考，也欢迎大家留言讨论与指正。整体来说，Broadcom在芯片封装方案上选取了更加成熟、利于量产的FOWLP方案，而在光电芯片的设计上，选取了更具挑战的方案，单片集成了64个通道，而且实现了片上的DeMux。下一步，Broadcom会往单波200Gbps速率努力，从而实现102.4T的CPO产品。

参考文献： 1. S. Gourikutty, et.al., "A Heterogeneously Integrated Wafer-level Processed Co-Packaged Optical Engine for Hyper-scale Data Centres ", ECTC 2023 2. P. Dobbelaere， “Silicon photonics platform for high volume manufacturing”