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物理学 > 光学

arXiv:2507.12452 (physics)
[提交于 2025年7月16日 ]

标题: 单芯片1.024 Tb/s硅光子学PAM4接收器

标题: A single chip 1.024 Tb/s silicon photonics PAM4 receiver

Authors:Ali Pirmoradi, Han Hao, Kaisarbek Omirzakhov, Alexander J. Geers, Firooz Aflatouni
摘要: 能量高效的高带宽互连在计算系统中起着关键作用。硅光子电光调制器和波长选择性组件的进步使得波分复用(WDM)在集成光学收发器中的应用成为可能,这在实现增强的能量效率、带宽密度、可扩展性和数据中心所需的传输距离的同时,提供了高速数据率操作。在此,我们报告了一种单芯片光学WDM PAM4接收器的演示,通过将一个32通道光学解复用器(O-DeMux)与近零功耗的自主波长调谐和锁定功能以及一个32通道超低功耗并行电信号检测系统共集成,测得的芯片能量效率低于0.38 pJ/bit。所实现的32通道单片WDM光学接收器芯片在单根输入光纤上以1.024 Tb/s的总数据率运行时,端到端延迟低于100 ps,误码率低于10-12,无需均衡、预失真或数字信号处理,这是迄今为止报道的WDM PAM4接收器芯片的最大数据率。接收器的带宽密度超过3.55 Tb/s/mm2,与目前最先进的用于超过100Gb/s链路的光学PAM4接收器相比,其带宽密度-能量效率乘积增加了至少一个数量级。该芯片采用GlobalFoundries 45CLO CMOS-光子工艺集成,可用于实现用于人工智能应用的能量高效高速光链路。
摘要: Energy-efficient high-bandwidth interconnects play a key role in computing systems. Advances in silicon photonic electro-optic modulators and wavelength selective components have enabled the utilization of wavelength-division-multiplexing (WDM) in integrated optical transceivers, offering a high data-rate operation while achieving enhanced energy efficiency, bandwidth density, scalability, and the reach required for data-centers. Here, we report the demonstration of a single chip optical WDM PAM4 receiver, where by co-integration of a 32-channel optical demultiplexer (O-DeMux) with autonomous wavelength tuning and locking at a near-zero power consumption and a 32-channel ultra-low power concurrent electrical detection system, a record chip energy efficiency of under 0.38 pJ/bit is measured. The implemented 32 channel monolithic WDM optical receiver chip achieves an end-to-end latency of under 100 ps and a bit-error-rate of less than 10-12 with no equalization, pre-distortion, or digital-signal-processing, while operating at 1.024 Tb/s aggregate data-rate on a single input fiber, the largest reported data-rate for a WDM PAM4 receiver chip to date. The receiver bandwidth density of more than 3.55 Tb/s/mm2 corresponds to more than an order-of-magnitude larger bandwidth density-energy efficiency product compared to the state-of-the-art optical PAM4 receivers for beyond 100Gb/s links. The chip, integrated using GlobalFoundries 45CLO CMOS-photonic process, can be used for implementation of energy-efficient high data-rate optical links for AI applications.
评论: 29页,5张主要图表,4张扩展数据图表,1张扩展数据表格
主题: 光学 (physics.optics) ; 系统与控制 (eess.SY)
引用方式: arXiv:2507.12452 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2507.12452v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.12452
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Ali Pirmoradi [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 7 月 16 日 17:52:14 UTC (2,530 KB)
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