硅光PID：4K視頻的絕佳承載技術(shù)

　　ICCSZ訊  相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前視頻流量已經(jīng)占到管道流量的70%以上，全球超過60家運營商將視頻作為基礎(chǔ)業(yè)務，其中大部分運營商正計劃發(fā)布超高清視頻(4K)業(yè)務，并驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)帶寬以10倍量級提升。高清視頻業(yè)務在豐富人們生活和體驗的同時，也要求承載網(wǎng)必須要具備更大帶寬、更低時延、更易維護的特性。

　　硅光PID幫助運營商構(gòu)建最具性價比的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　波分網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)具備大帶寬、低時延、硬管道等優(yōu)點，但傳統(tǒng)波分技術(shù)使用復雜光層來支持多波道數(shù)據(jù)承載，這適合大容量、少站點的骨干網(wǎng)和城域核心，但在小容量、多站點的城域及接入場景，卻意味著復雜的光層調(diào)測和運維，光子集成器件(PID)技術(shù)的發(fā)展可以很好地解決這一困境，其采用光層器件與電層芯片耦合技術(shù)，無外部光層，也無需光層調(diào)測，提供類似SDH的簡單運維。

圖1 硅光PID極大簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

　　硅光PID技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)80KM跨距內(nèi)無需光放，外部無需色散補償模塊，并已實現(xiàn)單槽位400G，這意味著實現(xiàn)單環(huán)800G容量也僅需兩塊單板。擴容時，在核心層直接擴展波道，在匯聚層增加PID單板，即插即用，非常方便。如圖1所示，采用硅光PID技術(shù)可以極大簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以一個單槽位400G的PID為例，如果原先采用10×40GOTU單板，那么直接節(jié)省90%槽位，此外還省掉MUX、DEMUX和DCM模塊，由此可以節(jié)省整個機房50%空間，節(jié)省單板功耗50%，節(jié)省光層備件50%，節(jié)省連纖50%。此外，由于硅光PID系統(tǒng)只需安裝PID單板和連接少量跳線，因此比原先波分系統(tǒng)節(jié)省工時節(jié)約40%。

　　基于硅光PID技術(shù)的城域網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備功耗和集成度上的具大技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)了光層極簡，幫助運營商實現(xiàn)最具性價比的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。硅光PID一經(jīng)商用，助力4K視頻讓超寬帶價值得到了釋放，實現(xiàn)了消費者、運營商和4K內(nèi)容提供商三方受益，形成了超寬帶的商業(yè)正循環(huán)，一舉解決了傳統(tǒng)承載網(wǎng)在4K視頻業(yè)務快速發(fā)展下面臨光纖資源耗盡和光纖鋪設(shè)周期長的雙重挑戰(zhàn)，構(gòu)建了大帶寬、低時延、零丟包和易運維的極簡網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，完美匹配4K承載要求。

　　PID技術(shù)的三大典型優(yōu)勢

　　PID技術(shù)采用硅光子集成技術(shù)，利用統(tǒng)一的CMOS工藝平臺，一舉突破早期PID在集成度、性價比和功耗的諸多瓶頸，具體如下：

　　(1)高集成度

　　目前，PID技術(shù)除了硅光子集成，還有二氧化硅平面光波導(SiO2-PLC)，III-IV族材料(如InP)單片集成。相比其他二者，硅光PID的集成度最高，主要體現(xiàn)在其器件體積最小，因而同樣的空間可以容納幾倍的器件規(guī)模。

圖2 硅光與其他工藝下AWG波導尺寸對比

　　集成光器件中，波導的尺寸占據(jù)整體器件尺寸的大部分，而波導波導芯層材料與波導包層材料的折射率差直接影響波導的彎曲半徑，折射率差越大，彎曲半徑越小，則器件尺寸越小。硅光波導的折射率差是目前所有商用光波導中最大的，因此能夠?qū)崿F(xiàn)極小的器件尺寸。如圖2所示，對于陣列波導光柵(AWG)而言，在二氧化硅平臺下，面積為平方厘米量級;而在硅光平臺下，卻只有前者的千分之一。

　　(2)高性價比

　　除了集成度，硅光PID技術(shù)在性價比上具有極大的優(yōu)勢。

圖3 (a)傳統(tǒng)手工校對光器件 (b)CMOS規(guī)模化自動化生產(chǎn)

　　首先，傳統(tǒng)的光器件，其采用不同的材料來實現(xiàn)不同功能，各種材料對應生產(chǎn)工藝不同，因此一個器件的生產(chǎn)涉及眾多環(huán)節(jié);此外，傳統(tǒng)分立器件裝配大量依靠手工調(diào)試和校驗，生產(chǎn)效率低，因此導致光器件價格居高不下。硅光PID技術(shù)可以利用硅基制備除光源外的各種光功能器件，即通過單一工藝流程實現(xiàn)整個器件的制備，并利用了現(xiàn)有成熟的微電子加工工藝(CMOS工藝)實現(xiàn)規(guī)?；⒆詣踊a(chǎn)，避免了產(chǎn)線重復投資，有利于降低相關(guān)投資。圖3展示了傳統(tǒng)光器件生產(chǎn)和硅光CMOS自動化工藝之間的對比。

圖4 (a)InP晶圓 (b)硅基晶圓

　　圖4所示為InP材料和硅基材料的晶圓尺寸對比，顯然受到材料制備特性的限制，傳統(tǒng)III-IV族光電器件僅能夠在3-4英寸晶圓上面實現(xiàn)，而硅光器件卻能夠在8-12英寸晶圓上面一次加工，且硅光芯片尺寸更小，因此能夠在一次加工中得到更多的芯片，也使得生產(chǎn)單個硅光芯片的費用遠低于傳統(tǒng)光電芯片。

　　(3)低功耗

圖5 (a)InP晶圓 (b)硅基晶圓

　　相比傳統(tǒng)技術(shù)， 硅光PID技術(shù)在功耗上占據(jù)極大優(yōu)勢。傳統(tǒng)光器件由多種材料組成不同的功能器件，如圖5(a)所示為一個普通的發(fā)射機結(jié)構(gòu)，激光器、調(diào)制器和連接波導分別用InP、LiNbO3和SiO2三種不同材料制成。各功能器件連接處由于材料的晶格結(jié)構(gòu)不同，導致晶格失配，接觸界面不連續(xù)有缺陷，光在其中傳播就會產(chǎn)生散射而損耗;此外，由于不同材料折射率不同，光在介質(zhì)間傳播也會導致不同程度的反射和折射，也產(chǎn)生一部分損失。圖5(b)顯示了光信號在傳統(tǒng)器件不同材料中傳播損耗的示意圖。而硅光PID技術(shù)由于統(tǒng)一工藝材料，所以器件內(nèi)部沒有多材料導致的光損耗，因此為了獲得與傳統(tǒng)器件同樣的輸出功率，其光源的發(fā)射功率要低很多，因此模塊的功耗也相應降低了。

　　可以預見，高清視頻將成為未來互聯(lián)網(wǎng)流量的主宰，作為承載網(wǎng)絡(luò)，面對超大帶寬視頻數(shù)據(jù)和最終用戶體驗要求，硅光PID通過多通道集成技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)管道的大規(guī)模擴容，確保未來傳輸流量的幾何量級提升保障。此外，硅光PID技術(shù)以極簡架構(gòu)回歸剛性硬管道，剔除網(wǎng)絡(luò)QoS損失，以絕佳的高可靠性、低時延為客戶帶來極佳視頻業(yè)務體驗。