1.6T/3.2T时代开启：相干轻量级技术助力数据通信和PIC发展

PIC 技术加速相干 Lite 系统迈入 1.6T/3.2T 时代

在光通信中，数字相干通信系统（以下简称数字相干）具有低信号损耗，传统上用于电信领域的长距离传输。相比之下，专注于短距离光通信的数据通信领域主要采用IMDD通信系统（以下简称IMDD系统），因为它们的实现成本相对较低。然而，随着数据中心规模不断扩大和速度提升，信号丢失已成为一个问题。为了应对这一挑战，一种名为Coherent Lite systems的技术吸引了关注，该技术将数字相干系统应用于数据通信应用。

本文首先概述相干系统。然后，我们将探讨数据通信应用为何需要相干精简系统，并介绍光子集成电路（PIC）技术，PIC是实现这些系统的关键器件。

什么是数字相干信号调制？为什么在 1.6T 时代会出现局限性？

在光通信中，信号调制方法大致可分为两类：IMDD系统和数字相干系统。IMDD系统主要采用一种称为PAM4（四电平脉冲幅度调制）的信号处理方法。该方法通过将光信号强度分为四个电平来表示数据。由于其结构简单，IMDD的实现成本相对较低。

しかし、GoogleやAWSなどの大手ハイパースケーラの运営するデータセンターの规模化により、ラック垂直続距离は数mから2㎞程度まで延びています。こうしたデータセンターの大规模化により、従来はデータセンター间通信（DCI）とされていた2〜10km程度の距离が、単一データセンター内部通信として扱われるケーsuも増えています。こうした距离条件に加え、高速信号ほど、信号劣化が顕在化しやすいことから、1.6T以上、LRより长い距离では従来方式での対応が难しくなりつつあります。

相比之下，数字相干系统采用一种名为16QAM（16级正交幅度调制）的先进调制技术。该方法利用光的相位、振幅和偏振进行调制，使得单个信号能够承载比IMDD系统更多的信息。因此，数字相干系统在长距离传输中能够实现更低的信号损耗。在数字相干系统中，用于精确调制外部光源的调制器和用于接收信号的光电探测器的性能至关重要。

在更高的速率下，例如 3.2 Tbps，信号损耗对于 IMDD 系统而言过大，无法满足长距离传输的需求。因此，预计数字相干系统也将应用于数据通信远程通信 (DCI) 应用。应用于数据通信领域的数字相干系统通常被称为轻型相干系统。

为了说明这两种方法的区别，可以将仅使用光强度传输信息的IMDD系统比作摩尔斯电码。而除了光强度之外，数字相干系统还使用相位和偏振信息，更像是音乐，它通过旋律、节奏和音量来传递更丰富的信息。

下图总结了IMDD系统、Coherent Lite系统和Digital Coherent系统在传输速度和距离方面的适用范围。随着通信速度的提高和传输距离的增加，首选的通信系统也会相应变化。

1.6T LR规范有时也被称为“1.6T CL”，作为过渡名称，因为它不仅涵盖2公里（LR）的传输距离，还涵盖更远的距离。预计将于2027年正式标准化，这项技术被广泛认为是通信行业的领先方案。

是什么PIC技术加速了1.6T/3.2T时代的到来？

デクセriaルズでは、先述したCoherent 方式およびCoherent Lite通信方式向けのPIC开発を行っています。ここでは、现在注目されているPIC技术について解说し、デクセriaルズが得意とする高速InPfotoダイオードとのシナジーについてご绍介します。

光子集成电路（PIC）技术是一种新方法，利用硅工艺将多个功能光学元件集成到单片晶圆上。直到现在，光学收发器需要精确组装和校准多个光学元件，如激光器、透镜、调制器、滤光片和光电探测器。这些组装工艺要求亚微米级的校准精度，且在良率、可靠性和制造产能方面开始接近极限。PIC通过直接在硅晶圆上形成光收发器的主要光学功能来解决这些挑战。这使得光收发器的关键功能能够通过半导体制造工艺一次性集成。

此外，通过将生产外包给像台积电这样在硅工艺方面拥有雄厚实力的代工厂，企业无需对制造设施进行大规模资本投资即可实现业务扩张。从更高性能、更高可靠性、更低成本和大规模生产的角度来看，光子集成电路有望取代传统的独立组件。

PIC 的五项关键功能

对于用于Coherent Lite系统的PIC而言，这些功能的组合方式是确定实现架构时需要考虑的关键因素。数字相干系统的PIC主要包含以下五个关键功能。

Dexerials 致力于协同 PIC 开发的关键技术领域

近年、データコム向け光トランシバーにおいては、このPIC技术を导入することで、低価格化が急速に进化してきました。一方で、次世代の连贯方式に対応したPICでは、光导波路、変调器、受光素子などを集积する构成が想定されています。デクセriaルズでは、こうした构成を前提にTRx（送受信一体型toransshiーバー）向けPIC制品の开発を进めています。

また、InP（インジウムrin）高速fotoダイオードの设计ノウハウを武器に、次世代260GBd対応导波路型fotoダイオードをPIC上に异种接合することで、机能拡张を検讨しています。以下は、连贯方式に対応したTRx一体型PICの基本构成イメージです。

为了应对通信系统和实施要求的变化，Dexerials 提供针对不同应用和传输距离优化的 PIC 相关产品。

为应对数字相干和轻型系统市场的不断扩大，Dexerials将其长期成熟的化合物半导体设计技术（包括InP）与硅光子技术结合起来，推动PIC的发展。

我们还根据具体的技术需求，对相干系统的PIC配置和应用进行可行性研究。如果您有兴趣，请随时与我们联系。