光模块专业知识分享（最适合小白入门）

光模块专业知识分享（最适合小白入门）

随着光通信技术的不断发展，光模块、硅光模块和CPO等概念逐渐走进人们的视野。这些技术在数据中心、超大规模计算平台等场景中发挥着重要作用。本文将用通俗易懂的语言，帮助读者理解这些专业术语及其区别。

光模块是什么？

光模块是一种将电信号与光信号相互转换的光电子器件，常用于各类光纤通信系统与设备中。简单来说，光模块负责“电—光”与“光—电”之间的转换：当数据通过电信号输入时，光模块将其转换为适合光纤传输的光信号；而从光纤线路传来的光信号则会被光模块转换回电信号，以便后端的电子设备进行数据处理和解析。讲到这里你应该明白了，只要是完成以上任务的器件都可以被称为光模块。

为什么要进行“电—光”与“光—电”转换？

你很聪明，这个问题确实是现在很多科研人员在解决的，因为数据是存储在电子存储器（包括内存和缓存这些）中，而不是光子存储器中。那为什么不直接存在光子存储器中呢？简言之，因为光子存储器制造工艺达不到，也就是目前人类还做不出可以商用的光子存储器。这个具体讲原因就多了，后面可以单独开一章讲讲。

传统光模块是什么？

传统光模块是相对于硅光模块或其他高集成度光模块技术而言的概念。传统光模块通常基于独立的光电子元器件，将发光器件（如激光二极管）、调制器、光纤耦合、光探测器（如PIN二极管或APD）以及相关驱动和放大电路，通过分立元件的组合与装配来实现电-光和光-电转换功能。

上面的概念可能把你搞糊涂了，通俗的讲就是就跟拼积木一样，每个器件是分立的，你需要把它们对齐然后组装起来，这就是传统光模块了。这样做缺点是很明显的，为了组装的时候不容易出错，积木要做的大一些，那么对应的成本

硅光光模块是什么？

硅光光模块是指采用硅基光子集成技术制造的光学收发组件，即将传统光模块中用于光信号产生、调制、传输和检测的核心光学元件集成到硅晶圆上，从而在一块硅芯片（或一组紧密耦合的硅光子芯片与驱动电芯片）上实现高速光电转换功能。

通俗的讲，就是将积木在出厂的时候就把各个积木直接在一块硅芯片上组装起来。这样做有什么好处呢？可以把这些积木更紧密地组装在一起，同时这些积木体积可以做的更小，成本也更容易控制。做的小可以节省体积和面积，做的紧密可以缩短数据通信的距离。

可插拔光模块与传统光模块、硅光光模块的区别

可插拔光模块是外形规格，可以直接插入交换机、路由器或服务器的光口中使用。而前面所提到的传统光模块和硅光光模块是内部实现形式，不是一回事。这样讲，大家应该就都懂了吧。

CPO是什么？

CPO通常指“光子器件与计算/交换芯片协同封装”或“光电共封装”技术。简单来说，CPO是将高速交换芯片（如交换ASIC或网络处理器）与光模块等光学元件紧密贴合在同一封装或同一基板上，以缩短电信号在电路板上长距离走线造成的损耗与延迟，从而提高数据中心、超大规模计算平台等高速互连场景的性能和能效。

通俗的讲，就是将前面的硅光光模块，也就是将在一块硅芯片上紧密结合的积木和高速交换芯片紧紧地贴在一起，在时空距离上更近，这样方便交换机芯片转发的数据更快的进入硅光光模块进行处理。

如何实现CPO？

可以用高级有机封装基板（Advanced Organic Substrate），这种方式就是2维平面方式将光模块和交换芯片平铺在高级有机封装基板上。

相较于普通PCB，有机高级封装基板在材料纯度、介电常数、线宽线距精度和热管理等方面更为严格。这使得高速电信号在短距离内传输时损耗更低，同时为光器件的紧密布局提供更好的支持。

也可以用2.5D / 3D 封装基板（硅中介层或玻璃中介层）。先讲一下2.5D封装，就是在一块中介层（Interposer）上面集成多个裸芯片或功能模块。这块中介层本身有很精细的布线，可将不同芯片（如逻辑芯片、存储芯片、光子芯片）放置于其表面，然后通过中介层的微细通道和布线进行互连。

这里找个2.5D封装的图讲解一下。最上层蓝色部分，深蓝色可以假设为交换芯片，浅蓝色则是光模块中的电子器件。中间层Silicon Interposer则用来部署两者通信所需要的电线以及光模块中的光子器件。最下面则是基板用来做支撑以及电源等，这里就不展开讲了。

3D封装和2.5D类似，只不过是上面蓝色部分一层一层的堆叠起来，然后他们之间也是用TSV互联，只不过这个时候不叫2.5D TSV了，而是3D TSV，如 下图。

至于什么3.5D什么的，这里就不过多解释了，举个例子，就是第一张图的深蓝色部分进行3D封装，而浅蓝色的部分都是2.5D封装，如下图所示。

所以CPO技术和先进封装也是很有关系，先进封装技术的进步与CPO也密切相关。这也就是为什么很多人说台积电对CPO贡献也很大的原因，因为他们有先进封装技术CoWos这些。CoWos就是2.5D封装的典型代表。

CPO技术为什么需要封装技术？

因为你只封装起来，它只是一个独立的产品，你还需要接上激光以及电源这些和外界产生联系。那么这些就涉及到耦合，以及控制信号等等。今天的文章就不赘述这些了，后面会慢慢给大家讲明白。

今天讲的如果大家有不明白的地方，欢迎留言提问，我看到都会回复的。多说一句，因为文中很多地方都是为了让大家可以看明白，所以没有用严谨的例子和术语，多谢其他专家们包容。

本文原文来自雪球App