Les besoins en émetteurs-récepteurs sont déterminés par les télécommunications, mais plus encore par les centres de données à grande échelle, où la demande en émetteurs-récepteurs augmente de plus en plus en même temps que la demande en haut débit.

De nos jours, les exigences relatives aux émetteurs-récepteurs peuvent être décomposées en 6 caractéristiques principales : Faible coût, haute vitesse, haute densité, faible consommation d’énergie, courte durée de vie, et température étroite.

  • Faible coût : Qui dit grand développement dit grande quantité d’émetteurs-récepteurs. En tenant compte de cela, il est évident que les transceivers doivent être les moins chers possibles pour que le datacenter puisse gérer leur développement.
  • Haut débit : Les centres de données doivent répondre à la demande de RV 4K, d’Internet des objets (IoT) et de cloud computing, qui augmentent considérablement la demande de bande passante.
  • Haute densité : L’objectif est ici d’augmenter le nombre de canaux de transmission optique dans l’espace unitaire et d’améliorer la capacité de transmission des données.
  • Faible consommation d’énergie : Tous les développements humains adoptent désormais le point vert pour protéger l’environnement. Un autre point positif est que l’adoption d’une faible consommation d’énergie limitera les dépenses d’exploitation par rapport aux anciens modules à haute puissance.
  • Durée de vie courte : C’est une conséquence du développement rapide et de l’augmentation de la communication de données. En effet, il n’est pas nécessaire que les modules optiques fonctionnent plus de 3 à 5 ans.
  • Température étroite : Qui dit centre de données dit environnement contrôlé (température et humidité), ce qui signifie que les émetteurs-récepteurs optiques conçus pour fonctionner entre 15 et 55 °C sont conformes aux exigences actuelles ?

Les 6 caractéristiques ci-dessus permettent aux fabricants d’émetteurs-récepteurs de proposer de nouvelles technologies et de nouvelles méthodes de travail adaptées aux nouvelles normes et conditions d’application. Nous allons essayer de passer en revue les nouvelles techniques basées sur les exigences ci-dessus et capables de faciliter le développement des centres de données à grande échelle.

A. Emballages non hermétiques

60% du coût total d’un émetteur-récepteur provient des composants optiques et en tenant compte du fait qu’il est de plus en plus difficile d’obtenir une réduction des coûts sur les puces optiques, la façon la plus simple de diminuer le prix est de travailler sur le coût du packaging. En effet, avoir un emballage hermétique est coûteux et passer à la non-herméticité de l’emballage conduit à une réduction significative du coût tout en assurant la performance et la fiabilité de l’émetteur-récepteur.

Le passage à un emballage non hermétique implique une non-étanchéité à l’air du dispositif optique lui-même, une optimisation de la conception des composants optiques, un matériau d’emballage différent et une amélioration du processus d’emballage.

Évidemment, la partie la plus difficile est le laser, mais les fabricants ont proposé des lasers capables de fonctionner dans des applications non hermétiques pour contourner le problème.

B. Technologie intégrée (hybride)

Avec les exigences actuelles, les Transceivers doivent transmettre plus de données qu’auparavant. Passer à l’intégration photonique permet de répondre à cette évolution. Lorsque l’on parle d’intégration photonique, il s’agit de l’intégration de composants à base de silicium ou de phosphure d’indium. On parle de technologie hybride lorsqu’elle est basée sur des matériaux différents.

L’intégration hybride implique une construction d’optiques partiellement en espace libre et d’optiques partiellement intégrées. Cela peut être fait de manière très compacte et le processus d’automatisation est facile à mettre en place pour une production de masse.

C. La technologie Flip Chip

Le flip chip est une technologie d’interconnexion de puces à haute densité issue de l’industrie du conditionnement des circuits intégrés. Cette option répond à la tendance actuelle qui va vers des tailles de puces de plus en plus petites. Cette technologie permet de souder directement la puce optique sur le substrat par soudure or-or ou eutectique, ce qui est bien meilleur que l’effet haute fréquence de la liaison par fil d’or (courte distance, petite résistance, etc.).

La technologie Flip Chip est appréciée pour sa haute précision, sa haute efficacité et sa haute qualité. C’est la raison pour laquelle elle est largement utilisée dans l’industrie des modules optiques des centres de données.

Flip chip is a high-density chip interconnection technology from IC packaging industry. This option meets the current trend going to chips sizes becoming smaller and smaller. The technology allows to directly weld the optical chip onto the substrate through gold-gold welding or eutectic welding, which is much better than the high frequency effect of gold wire bonding (short distance, small resistance, etc.). Flip Chip Technology is appreciated due to its high precision, high efficiency and high quality and this is the reason why it is widely used in the datacenter optical module industry.

D. Technologie de la puce sur carte (COB)

La technologie COB est également utilisée dans l’industrie de l’emballage des circuits intégrés. Son principe, comme celui de l’emballage non hermétique, est de fixer directement les puces ou les composants optiques sur le PCB, puis les connexions électriques sont liées par des fils d’or, et enfin la colle est appliquée sur le dessus.

Le grand avantage de cette technologie est que toutes les étapes peuvent être automatisées et c’est pourquoi elle est largement adoptée, principalement pour les applications à courte portée (SR4, AOC, etc.) mais elle arrive lentement dans les applications à longue portée (LR4).

E. Technologie photonique au silicium

La photonique au silicium est une technologie impliquant la technologie et la technique des dispositifs optoélectroniques et des circuits intégrés à base de silicium, intégrés sur le même substrat de silicium. La technologie photonique au silicium peut être utilisée dans de nombreux cas, mais du point de vue de l’industrie, la performance et la compétitivité des coûts sont les moteurs des nouvelles technologies, et c’est là que réside le défi.

Aujourd’hui, la demande des centres de données en produits à faible coût et à haute densité offre de nombreuses opportunités pour les applications basées sur la technologie photonique au silicium.

The silicon photonics is a technology involving the technology and technique of optoelectronic devices and silicon-based integrated circuits, integrated onto the same silicon substrate. The Silicon photonic technology can be used in many cases but from the industry point of view, the performance and the cost competitiveness are the driver of the new technologies, and this is where the challenge is. Today, the datacenter demand in low cost and high-density products brings a lot of opportunities for the Silicon photonics technology-based applications.

Qu’en est-il des normes ?

Qu’il s’agisse de la MSA ou de l’IEEE, aucune d’entre elles ne définit la manière de construire un émetteur-récepteur optique, ce qui signifie que pour le même émetteur-récepteur normalisé, on peut trouver plusieurs solutions et, avec les différentes solutions, des prix différents.

C’est là qu’il faut être prudent car l’application pour laquelle nous devons utiliser un émetteur-récepteur est liée aux performances que doit atteindre cet émetteur-récepteur. En d’autres termes, nous ne pouvons pas utiliser le même émetteur-récepteur pour toutes les applications. Par exemple, l’utilisation d’un boîtier non hermétique pour une application télécom n’est pas une bonne solution si l’on considère que cette pièce ne sera pas nécessairement placée dans un environnement contrôlé.

C’est le défi quotidien d’un fabricant d’émetteurs-récepteurs tiers comme Skylane Optics : convaincre les gens que le prix ne fait pas tout et aider nos clients à choisir la bonne solution (émetteurs-récepteurs) pour leur application. En effet, trois des caractéristiques dont nous avons parlé dans cet article (faible coût, courte durée de vie et température étroite) sont orientées vers le monde des centres de données mais sont de véritables handicaps pour le monde des télécommunications et cela doit être pris en compte.

Pour conclure, l’orientation du développement de la technologie des émetteurs-récepteurs est principalement déterminée par les centres de données à grande échelle et l’industrie réagit en proposant plusieurs technologies pour répondre aux besoins actuels et futurs de ces centres de données. Cela conduit à des solutions multiples et à des coûts multiples pour les mêmes normes.

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Source: Echo Brown: The Technology Development Direction of Data Center Optical Transceivers

Author: Cédric Doumont, product Line Manager

 

 

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