该如何设计一款好的高端光模块？

　　引言：高端光模块是怎样炼成的呢？在5G网络商用的需求趋势下，光模块设计及适配解决方案将成为业内关注的焦点，就目前5G、数据中心所采用的最新技术和发展状况，以及工程师该如何设计一款好的高端光模块及适配组合方案，MACOM光波事业部高级总监兼亚洲首席科学家莫今瑜博士有着自己的看法和感触。

　　目前，5G和数据中心的发展趋势很好。数据中心现已过渡到下一代400G的光模块，而对于5G市场（包括数据中心），大家则普遍认可PAM4技术，原因是它能在现有的芯片基础上，让传输带宽翻一番。而且，它的成本较NRZ的垂直整合提升也要更加便宜。因此，PAM4用于5G和数据中心，是接下来的趋势。
　　从市场需求来说，5G的市场肯定在中国，中国目前在领跑，所以中国市场上量会比国外稍微提前。而从数据中心来看，大型数据中心目前都在国外，国内大型数据中心其实很少，也就是说，国外数据中心市场比国内要大。但从长期潜能来看，国内数据中心可能慢慢增多。
　　5G万物互联对通信模块严苛的要求
　　在5G方面，由于其要求万物互联，因此对5G前传模块的要求是比较新、比较苛刻的。“5G前传要求传输速度要快、时延要少。例如，在家就可以试衣服的VR，不会希望试了一半就卡住了，在操作过程中，每一个时间点都应该是实时的，根本感觉不到有时延，在1ms以内。车互联，也肯定要实时更新，不然车雷达就不灵了，撞车或者走错路了。这些都是要实时连上的，让使用者感觉不到有时差。”对此，MACOM光波事业部高级总监兼亚洲首席科学家莫今瑜博士这样认为。
　　在传输技术方面，大家用PAM4。在5G里面，因为基站挂在户外，热晒雨淋，对温度的要求比较高，即有过温的要求。莫今瑜博士认为“-40~85℃是壳子温度，这就要求激光器等芯片都能在这么宽的温度范围内工作。这是个新技术、新要求。有些厂家，包括MACOM在内，都是往这块去做芯片推向市场。”
　　业内最新展示的5G高端光模块技术有哪些？
　　自从5G商用标准被确定以来，整个行业都在探讨PAM4是下一代引领光通信行业（包括5G和数据中心）的技术。据了解，在18年的光博会上，MACOM展示了多款PAM4的方案，其中包括一个live demo，200G PAM4的一整套配套方案。除了PAM4之外，另外还有像接入网、骨干网和城域网等前沿芯片等这些。
　　对此，莫博士介绍说“有些高端光模块的设计不是那么简单，因此，MACOM会做一些光模块的参考设计给客户参考，给客户一个直观的理解，怎么去更好地使用这些芯片。当然，客户也可在此参考设计的基础上进行改进，从而可以实现差异化。“
　　光模块设计的挑战有哪些？
　　工程师目前在设计好的高端光模块时都有哪些挑战呢？莫博士举例说，“如对于400G，现在大家在用的都是8通道的集成。大家会认为8通道的产品很难做，良率可能比较低，就可能想要4通道或2通道的集成。这就要求芯片方案的研发跟得很紧，甚至走在别人的前面。但是芯片的研发难度很高。全新的芯片很少一版就能搞定。若是小问题可能很快就能解决，但若是大问题，则反应时间就可能会比较长。所以做芯片要有一定时间。所以有时候客户就会着急，或者拿到第一版芯片，会有“怎么会有这么多问题”的疑问。”
　　“现阶段MACOM在这方面就在加强其内部测试的能力。现在公司所有的新产品出来都会拿到其深圳的实验室做传输实验，即做系统级的测试。这样在给客户送样时，就能够确保其第一次体验会比过去有提升。而且对于国内客户来说，这在时间和技术能力方面也都比以前有很大提升。
　　另外，在推出新的样品时跟客户提前沟通，可以将他们的应用需求提前做到芯片中去。这样就能够避免客户在使用芯片时才发现不符合期望，而要重新开发芯片而带来的高昂成本以及时间代价。”
　　“对于集成度和其他核心参数，客户希望达到什么样的指标，我们会拿回来做评估，尽能力满足客户的指标要求。比如芯片出来的时候是5ms，客户想要1ms，那我们会想你为什么之前不告诉我们，因为我们会想5ms就够用了，你是唯一一家跟我们说要1ms的。那如果我们早点沟通的话，可能我的芯片就改进达到你的要求了。”莫博士解释说。
　　正在被研究的高端光通信模块新技术有哪些？
　　“以MACOM为例，我们有一些新的产品正在规划中，比如电芯片，现在已经到了56GHz，能够满足了单波100G的要求。包括我们的接收机、激光器也在往这个方向走。现在单波100G这类技术，我们的芯片相对都成熟了，可以开始上量。”据莫博士透露，MACOM目前有好多新的技术方案在研究中，如硅工艺，现在基本用的都是16nm。功耗可能稍微高一点，而MACOM有一些项目在用7nm了，另外，公司也在做一些更高功率的激光器。
　　PAM4方案因应用领域和传输距离而不同
　　PAM4技术现已非常成熟，取决于应用领域和传输距离，PAM4技术现有很多不同方案可以提供。传输距离取决于激光器、接收机以及CDR的能力。传输距离越远，信号损耗越大，所以需要做波形整形，需要强一点的接收机，比如APD，或者更远一点的，可能就需要用DSP去做纠错处理。
　　“硅光技术讲了很长时间了，上量还缺市场的需求。现在硅光子的成本也没有像大家第一天吹的那么便宜。硅究竟能不能够便宜，要得上大量的时候才能看得出来。”莫博士认为硅光技术的上量应该差不多了，因为有些厂家已在陆陆续续地推出产品。
　　要想设计高端的光模块，工程师工作态度要摆正
　　要想设计高端的光模块，工程师工作态度要摆正，为什么这么说呢？“如果在光模块领域中，想要制造一些高端的光模块，而比别人家的光模块有一定的差异化，其实工程师是有义务知道想采购的几家芯片之间有什么不同，应该怎么去有针对性地做优化。如果真的是芯片本身不好，那你要告诉我你做了哪些事情，最后证实它确实不好。而不是说，我认为你不好是因为，我把这家拿走把你的换进来，你的性能就没比他好。然后自己为什么不好不知道，反正是你的任务。这种工作方式不是很好。”
　　莫博士就此解释说：“最近在做客户支持的时候，有时候会觉得奇怪，为什么大家是这样想？因为我以前也是做光模块的，我的上个东家就是做光模块的。我们做光模块的时候选择芯片，即使是获得第二个供应商认证的芯片，我们都会非常认真地去分析，去做改进，看要改进哪些东西，才能和第二个供应商合在一起，而不像我现在碰到的好多这样的要求。”