OFC 2025：IBM开发应用于CPO的高密度聚合物波导光子模块
一、技术背景：突破电互连瓶颈
在服务器硬件中，计算单元的带宽每两年以约 3 倍的速度增长，而互连技术仅以 1.4 倍的速度发展，导致 “带宽鸿沟” 持续扩大。传统可插拔收发模块虽能扩展传输距离，但在高密度集成和功耗上存在局限。
CPO 通过将光器件与集成电路共封装，可显著提升带宽密度并降低功耗，成为未来 AI 系统的核心技术之一。IBM聚焦于聚合物波导技术，利用其柔韧性、低加工成本和高集成度优势，推动光互连技术的实用化。
二、聚合物波导技术核心：绝热耦合与模块设计
IBM 的核心技术是基于绝热耦合的聚合物波导接口。区别于传统波导的模式匹配耦合，绝热耦合通过芯片内的Taper结构，使光信号在聚合物波导与硅光子芯片之间倏逝波传输，实现低插入损耗、偏振无关性和宽松的对准容差。这种技术支持从芯片侧 50um Pitch 到光纤侧 250 um Pitch 的转换，兼容 O 波段和 C 波段，适用于高密度集成。
团队开发了两种模块组装工艺：
- 先加工聚合物（Polymer First）先将聚合物波导与芯片耦合，再完成模块封装。该工艺保护芯片耦合区域免受后续工艺损伤，并支持全流程光学性能监测。
- 后加工聚合物（Polymer Last）在模块主体组装后再贴合聚合物波导，简化 Handling 并避免芯片bonding过程中的温度冲击。
两种工艺均采用 17×17 mm²层压板，支持回流焊兼容，适配氮化硅波导，模块尺寸仅为 8×10 mm²，实现紧凑化设计。
三、性能验证：低损耗、高可靠与规模化潜力
- 插入损耗：
- 典型光谱测试显示，经无铅回流焊后，目前模块在 1310 纳米波长处的插入损耗最佳值可以达到 1.2 dB/facet(图片上展示的是一年前的结果，普遍＞2dB/facet)，损耗了包含光纤 - 聚合物和聚合物 - 芯片接口损耗，偏振相关损耗可忽略。
- 6 通道环回测试表明，不同偏振态下的损耗一致性良好，验证了绝热耦合的偏振无关特性。
- 可靠性：
- 通过双85 1000 小时高温高湿测试、-40℃至 125℃千次热循环及高低温存储测试，模块光学性能稳定，损耗变化小于 0.1 dB，满足 Telcordia 标准并超越工业级要求。
- 串扰与密度：
- 串扰实验显示，当波导 Pitch 缩小至 18.4 um时，串扰仍低于 - 30 dB，理论分析表明该技术可支持 20um以下 Pitch，为芯片级高密度集成奠定基础。
- 3 芯片模块初步测试显示，各通道损耗均控制在 2 dB 以内，证明多芯片组装的可行性。
四、技术优势与行业价值
- 成本与工艺简化：相较于传统光纤阵列的耦合组装工艺，聚合物波导仅需简单的层压和光刻步骤，显著降低制造复杂度和成本。
- 高功率与 WDM 兼容：初步测试表明，模块可支持 200-500 mW功率输入，适配波分复用（WDM）技术，为多通道并行传输提供保障。
- 规模化潜力：聚合物材料的批量加工能力和自动化组装兼容性，使其适用于高吞吐量制造，契合数据中心对低成本、高可靠性组件的需求。
五、未来展望：从模块到生态
IBM的目标是实现聚合物波导技术的全面成熟：
- 损耗优化：通过改进光纤 - 聚合物接口设计，目标将总插入损耗降至 2 dB 以下(1.5dB)，进一步提升链路效率。
- 密度提升：探索 15um Pitch 的芯片级耦合，支持数百通道集成，满足 AI 芯片集群的超高带宽需求。
- 生态整合：推动与硅光子代工厂和封装厂商的协作，开发标准化接口，加速技术商业化落地。