石家庄三维光子芯片多芯MT-FA光互连架构

多芯MT-FA光组件在三维芯片集成中扮演着连接光信号与电信号的重要桥梁角色。三维芯片通过硅通孔（TSV）技术实现逻辑、存储、传感器等异质芯片的垂直堆叠，其层间互联密度较传统二维封装提升数倍，但随之而来的信号传输瓶颈成为制约系统性能的关键因素。多芯MT-FA组件凭借其高密度光纤阵列与精密研磨工艺，成为解决这一问题的关键技术。其通过阵列排布技术将多路光信号并行耦合至TSV层，单组件可集成8至24芯光纤，配合42.5°全反射端面设计，使光信号在垂直堆叠结构中实现90°转向传输，直接对接堆叠层中的光电转换模块。例如，在HBM存储器与GPU的3D集成方案中，MT-FA组件可同时承载12路高速光信号，将传统引线键合的信号传输距离从毫米级缩短至微米级，使数据吞吐量提升3倍以上，同时降低50%的功耗。这种集成方式不仅突破了二维封装的物理限制，更通过光信号的低损耗特性解决了三维堆叠中的信号衰减问题，为高带宽内存（HBM）与逻辑芯片的近存计算架构提供了可靠的光互连解决方案。三维光子互连芯片可以支持多种光学成像模式的集成，如荧光成像、拉曼成像、光学相干断层成像等。石家庄三维光子芯片多芯MT-FA光互连架构

在光电融合层面，高性能多芯MT-FA的三维集成方案通过异构集成技术将光学无源器件与有源芯片深度融合，构建了高密度、低功耗的光互连系统。例如，将光纤阵列与隔离器、透镜阵列（LensArray）进行一体化封装，利用UV胶与353ND系列混合胶水实现结构粘接与光学定位，既简化了光模块的耦合工序，又通过隔离器的单向传输特性抑制了光反射噪声，使信号误码率降低至10^-12以下。针对硅光子集成场景，模场直径转换（MFD）FA组件通过拼接超高数值孔径单模光纤与标准单模光纤，实现了模场从3.2μm到9μm的无损过渡，配合三维集成工艺将波导层厚度控制在200μm以内，使光耦合效率提升至95%。此外，该方案支持定制化设计，可根据客户需求调整端面角度、通道数量及波长范围，例如在相干光通信系统中，保偏型MT-FA通过V槽固定保偏光纤带，维持光波偏振态的稳定性，结合AWG（阵列波导光栅）实现4通道CWDM4信号的复用与解复用，单根光纤传输容量可达1.6Tbps。这种高度灵活的三维集成架构，为数据中心、超级计算机等场景提供了从100G到1.6T速率的全系列光互连解决方案。北京多芯MT-FA光组件支持的三维系统设计三维光子互连芯片采用先进集成工艺，实现光子器件与电子元件协同工作。

多芯MT-FA光纤连接器的技术演进正推动光互连向更复杂的系统级应用延伸。在高性能计算领域，其通过模分复用技术实现了少模光纤与多芯光纤的混合传输，单根连接器可同时承载16个空间模式与8个波长通道，使超级计算机的光互连带宽突破拍比特级。针对物联网边缘设备的低功耗需求，连接器采用保偏光子晶体光纤与扩束传能光纤的组合设计，在保持偏振态稳定性的同时，将光信号传输距离扩展至200米，误码率控制在10⁻¹²量级。制造工艺层面，高精度V型槽基片的加工精度已达±0.5μm，配合自动化组装设备，可使光纤凸出量控制误差小于0.2mm，确保多芯并行传输的通道均匀性。此外，连接器套管材料从传统陶瓷向玻璃陶瓷转型，线胀系数与光纤纤芯的匹配度提升60%，抗弯强度达500MPa，有效降低了温度波动引起的附加损耗。随着硅光集成技术的成熟，模场转换MFD-FA连接器已实现3.2μm至9μm的模场直径自适应耦合，支持从数据中心到5G前传的多场景应用。这种技术迭代不仅解决了传统光纤连接器在芯片内部应用的弯曲半径限制，更为未来全光计算架构提供了可量产的物理层解决方案。

基于多芯MT-FA的三维光子互连标准正成为推动高速光通信技术革新的重要规范。该标准聚焦于多芯光纤阵列（Multi-FiberTerminationFiberArray,MT-FA）与三维光子集成技术的深度融合，通过精密的光子器件布局与三维光波导网络设计，实现芯片间光信号的高效并行传输。多芯MT-FA作为关键组件，采用V形槽基板固定多根单模或多模光纤，通过42.5°端面研磨实现光信号的全反射耦合，结合低损耗MT插芯将通道间距控制在0.25mm以内，确保多路光信号在亚毫米级空间内实现零串扰传输。其重要优势在于通过三维堆叠架构突破传统二维平面的密度限制，例如在800G光模块中，80个光通信收发器可集成于0.3mm²芯片面积，单位面积数据密度达5.3Tb/s/mm²，较传统方案提升一个数量级。该标准还定义了光子器件与电子芯片的垂直互连规范，通过铜锡热压键合技术形成15μm间距的2304个互连点，既保证114.9MPa的机械强度，又将电容降至10fF，实现低功耗、高可靠的片上光电子集成。三维光子互连芯片通过优化光路设计，减少信号串扰以提升传输质量。

在AI算力需求爆发式增长的背景下，多芯MT-FA光组件与三维芯片传输技术的融合正成为光通信领域的关键突破方向。多芯MT-FA通过将多根光纤精确排列于V形槽基片，并采用42.5°端面研磨工艺实现全反射传输，可同时支持8至24路光信号的并行传输。这种设计使得单个组件的传输密度较传统单芯方案提升数倍，尤其适用于400G/800G高速光模块的内部连接。当与三维芯片堆叠技术结合时，多芯MT-FA可通过垂直互连通道（TSV）直接对接堆叠芯片的各层光接口，消除传统平面布线中的信号衰减与延迟。例如，在三维硅光芯片中，多芯MT-FA的阵列间距可精确匹配TSV的垂直节距，实现光信号在芯片堆叠层间的无缝传输。这种结构不仅将光互连密度提升至每平方毫米数百芯级别，更通过缩短光路径长度使传输损耗降低。实验数据显示，采用该技术的800G光模块在三维堆叠架构下的插入损耗可控制在0.35dB以内，较传统二维布局提升。相比于传统的二维芯片，三维光子互连芯片在制造成本上更具优势，因为能够实现更高的成品率。石家庄三维光子芯片多芯MT-FA光互连架构

三维光子互连芯片的高速数据传输能力使得其能够实时传输和处理成像数据。石家庄三维光子芯片多芯MT-FA光互连架构

从技术实现路径看，三维光子集成多芯MT-FA方案的重要创新在于光子-电子协同设计与制造工艺的突破。光子层采用硅基光电子平台，集成基于微环谐振器的调制器、锗光电二极管等器件，实现电-光转换效率的优化；电子层则通过5nm以下先进CMOS工艺，构建低电压驱动电路，如发射器驱动电路采用1V电源电压与级联高速晶体管设计，防止击穿的同时降低开关延迟。多芯MT-FA的制造涉及高精度光纤阵列组装技术，包括V槽紫外胶粘接、端面抛光与角度控制等环节，其中V槽pitch公差需控制在±0.5μm以内，以确保多芯光纤的同步耦合。在实际部署中，该方案可适配QSFP-DD、OSFP等高速光模块形态，支持从400G到1.6T的传输速率升级。石家庄三维光子芯片多芯MT-FA光互连架构