Lumentum同时押注VCSEL和InP激光器用于CPO

Lumentum正同时推广基于砷化镓VCSEL的光源方案与更高功率、多波长的磷化铟激光器，用于共封装光学（CPO）应用。

目前Lumentum销往AI数据中心的每颗激光器均为磷化铟基——无论是外调激光器、用于硅光子收发器的连续波激光器，还是CPO中的超高功率激光器。Lumentum首席战略官兼首席营销官Rafik Ward表示：“尽管Lumentum等公司尽最大努力尽快提升磷化铟产能，但供应仍然受限，且很难指出何时能解除这些限制。”

这一供应压力解释了Nvidia与Lumentum的多年期协议——包括20亿美元投资、数十亿美元采购承诺以及对美国新制造工厂的支持。Ward表示：“我们向Nvidia供应超高功率激光器，这是CPO的主要光源。面对所有需求，我们需要持续扩展该激光器的输出功率。”

与磷化铟激光器不同，VCSEL在砷化镓上制造，可利用Lumentum为消费电子3D传感建立的制造基础。“迄今我们已出货超过20亿个VCSEL阵列，每个阵列通常包含数百个VCSEL，所以是数千亿颗VCSEL。”Ward表示，VCSEL产线目前拥有富余产能。“VCSEL首先带来的就是开辟这条替代供应链。”

在今年OFC上，Lumentum演示了基于VCSEL的CPO平台，证明砷化镓光源可满足未来CPO系统的要求。VCSEL工作在1060nm波长，耐高温，可直接集成在主机ASIC旁边，无需依赖远程外部光源。

图片：Lumentum的VCSEL共封装光学演示。来源：Lumentum

该方案采用“宽而慢”（slow-and-wide）架构——每光纤每通道32Gbps，而非200或400Gbps的“快而窄”（faster-and-narrow）线路速率。1060nm波长相比传统的850nm显著提升了VCSEL可靠性，总能耗约2-2.5pJ/bit，传输距离约100米。

Lumentum演示了桥式主机ASIC周围环绕8个VCSEL阵列的设计，每个阵列提供10Tbps双向带宽（单向5Tbps），封装周围总计80Tbps，约每个阵列160个VCSEL（不计冗余）和320根光纤。该演示测量了4个VCSEL；Ward打趣说，展示更多主要取决于是否能找到足够的示波器。

该方法不可避免地需要显著更多的光纤。然而，代价是降低了电信号复杂性。与200或400Gbps的“快而窄”架构相比，放宽串行器/解串器要求可降低整体功耗。Ward表示：“客户对系统架构的要求不止一种。我们看到客户两种都需要：宽而慢，以及快而窄。”

虽然该演示未绑定特定协议，但Lumentum认为UCIe和PCIe接口的芯片到芯片链路是自然应用。Ward还将VCSEL置于第三种方法——正在为类似应用开发的基于microLED的方案——之前。他认为，microLED互连通常慢一个数量级，需要显著更多的光纤。VCSEL阵列还通过冗余提供系统容错能力。通过实施冗余，可靠性显著提高。“当我们计算数据时，坦白说令人惊讶：可靠性以数个人类寿命来衡量。”

然而目前该工作仍为技术演示而非产品。Ward表示：“对于这种环境，我们需要与客户紧密合作，将此类解决方案协同设计到他们的主机产品中。”Lumentum正在与多家领先客户合作。

Lumentum持续扩展其磷化铟激光器路线图。一年前推出的400mW单波长1310nm超高功率激光器正进入大批量生产，8颗此类器件组成一个ELSFP模块，用于CPO交换机芯片等设计。Lumentum现已展示了800mW版本。

Lumentum高级副总裁兼总经理Sri Venkat表示，更高功率激光器可实现两件事：“使ASIC向更高速率扩展时更具可扩展性，同时减少激光器数量，从而减少光纤、光学器件、隔离器等数量。”——即降低每传输比特的成本。

实现功率翻倍并非易事。Lumentum将其CW硅光子激光器平台从100mW扩展到400mW后，又扩大了芯片尺寸、重新设计了量子阱结构，并仔细管理热行为和晶圆级可靠性。Venkat表示：“我们找到了一个配方，可以线性扩展功率。”

Lumentum还扩展其外部光源技术以支持波分复用。使用相同的UHP激光器架构，公司演示了两个ELSFP模块组合产生16个波长（约1310nm），波长间隔200GHz，波长位置精度±25GHz。Venkat表示：“这为CPO应用通过同一光纤向ASIC提供多个波长，实现更高的带宽密度。这是市场的自然演进。”

Lumentum披露了4亿美元的光路交换机（OCS）积压订单，计划在2026年下半年交付，并预计该业务在2027年将超过10亿美元年化运行率。Ward表示：“这笔数字能让您了解我们看到的持续增长态势。”

在OFC上，Lumentum与Marvell联合演示了R300 300×300端口OCS。该产品对波长透明，支持O波段、C波段和L波段及WDM系统。Ward表示，客户将OCS视为“新工具”——可用于从scale-across到scale-out再到scale-up的不同网络。

Lumentum认为，近期多个MSA的成立以及行业对近封装光学（NPO）的重新关注，表明光学架构正最终走向趋同。Venkat表示：“主要超大规模企业和AI加速器供应商正在就他们希望看到的机械和技术特性形成共识。”他认为CPO在经过多年期待后正最终进入商业部署。“去年是突破之年，我们开始看到技术爬坡。现在我们看到的是真正的进展——无论是scale-out还是scale-up。”

Lumentum的策略是组合多种方案：更高功率的磷化铟激光器、多波长外部光源，以及现在的VCSEL。在磷化铟产能持续承压之际，VCSEL为行业提供了第二个激光制造生态系统。

原文：https://gazettabyte.com/lumentum-promotes-both-vcsels-and-indium-phosphide-lasers-for-co-packaged-optics/

来源：ICC

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