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数据中心光学技术的最新进展：综述
摘要： 现代数据中心日益依赖互连技术，在众多服务器、存储设备和计算资源之间提供关键通信连接。大约十年前，数据中心互连开始转向光通信，而近期数据中心需求的加速增长预计将进一步推动光子互连技术深入系统架构。本综述论文分析了将赋能下一代数据中心光互连的光学技术，报道并总结了在激光器、调制器、光电二极管和交换机层面应对太比特/秒链路与网络挑战的最新进展。
关键词： 数据中心、光子技术、太比特/秒链路、光互连、光开关
更新于2025-09-10 09:29:36
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通过转移印刷技术在硅上实现低功耗光互连，用于光隔离器
摘要： 首次展示了通过转印技术在硅晶圆上异质集成的片上光互连。预先制备的薄型（<5微米）、微米级发光二极管（LED）和光电二极管（PD）被转印至硅晶圆，并在其间构建聚合物波导。实验证明在<0.0004立方毫米的紧凑体积内，数据传输总功耗低至1毫瓦，信噪比>250，电流传输比达0.1%。研究表明LED与PD之间的聚合物波导对提升数据传输效率起关键作用，同时实现了双向传输的互易性能。该成果展现出低成本、小尺寸片上光隔离器的应用潜力。
关键词： 光子集成电路、异质集成、光互连
更新于2025-09-10 09:29:36
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采用无载波幅度相位调制和时空分组码的高速可重构自由空间光互连技术
摘要： 高速互连技术在数据中心和高性能计算领域需求旺盛，采用光互连替代电互连的方案已被提出并得到广泛研究。对于中等距离的板间通信，基于自由空间的光互连相比传统波导或光纤方案具有可重构性和灵活性的额外优势。然而自由空间光互连的比特率和互连距离通常存在限制。本文提出一种无载波幅度相位（CAP）调制结合空时编码的自由空间光互连方案以突破这些限制。实验验证了该方案可实现高达80 Gb/s（2×40 Gb/s）且具备可重构灵活性的互连，在超过50厘米的无误码距离上较先前成果提升约65%。同时测量了空时编码系统的接收灵敏度，结果表明空时分组码（STBC）能有效提升接收灵敏度并抑制信道间串扰。针对典型互连环境中存在的空气湍流影响也进行了实验研究，结果显示其对所提方案的影响可忽略。该具备CAP调制与STBC编码的可重构自由空间光互连技术可进一步扩展以实现更高传输速率和更远互连距离。
关键词： 自由空间光通信、无载波幅度相位调制、大气湍流、时空分组码、光互连
更新于2025-09-09 09:28:46
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无需数字信号处理且实时传输的50 Gb/s非归零码信号通过15公里标准单模光纤传输，以及1.3微米垂直腔面发射激光器实现的64 Gb/s背靠背传输
摘要： 我们展示并分析了使用1326纳米波长的直接调制短腔长波长单模垂直腔面发射激光器（VCSEL）实现的传输性能：在标准单模光纤（SSMF）上实现50 Gb/s非归零（NRZ）信号15公里传输、60 Gb/s NRZ信号5公里传输，以及高达64 Gb/s NRZ背靠背传输。得益于模拟6抽头发送前馈均衡器，该链路无需数字信号处理即可运行。三种情况下，在传输周期为2^7-1比特的伪随机比特序列（PRBS）时，均实现了低于7%开销硬判决前向纠错（FEC）阈值的实时误码率测量。此外，我们还分析了VCSEL工作波长下残余光纤色散与直接调制产生的啁啾之间的相互作用。这些结果表明O波段短腔长波长单模VCSEL可用于数据中心内部网络，以及传输距离小于15公里的数据中心间网络。
关键词： 光纤通信、光互连、垂直腔面发射激光器、BiCMOS集成电路、啁啾、模拟均衡
更新于2025-09-09 09:28:46
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FSCOI：一种面向数据中心网络的高扇出、可扩展且基于集群的光学互连技术
摘要： 本信提出一种面向数据中心网络的高扇出、可扩展且基于集群的光互连技术（FSCOI）。该技术由光交换机与集群构成。相较于OSA方案，FSCOI通过两个步骤实现改进的扇出能力：首先采用发送端耦合器对集群内所有架顶交换机（ToR）的光信号进行复用；其次使用接收端波长选择开关与集群内全部ToR交换机通信。FSCOI基于集群架构，特别适用于集群内部流量传输。此外，通过提升光交换机端口利用率实现了高度可扩展性。仿真评估表明，FSCOI相比OSA方案具有更优性能表现。
关键词： 集群、数据中心网络、可扩展性、光互连、扇出
更新于2025-09-09 09:28:46
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面向高性能计算系统的交通模式自适应混合电光交换网络
摘要： 随着高性能计算（HPC）系统的性能要求和规?？焖僭龀?，拥有大量计算节点的系统在网络架构设计方面面临重大挑战，因为其峰值性能越来越受到通信而非计算的限制。此外，某些HPC应用总是呈现出特定的通信模式，且不同的拓扑结构对这些模式的性能表现各异。为了实现流量模式自适应的HPC系统，我们提出了一种基于光电路交换（OCS）的可重构混合网络架构，该架构可调整为不同的经典拓扑结构。同时，我们提出了一种拓扑计算算法和基于置换矩阵的光开关配置机制来构建网络。我们讨论了在有限使用OCS交换机情况下的网络性能，结果表明，流量模式自适应网络在很大程度上提高了延迟和吞吐量的性能。
关键词： 拓扑结构、光互连、电路交换（通信系统）
更新于2025-09-09 09:28:46
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H2OEIN：面向百亿次计算系统的分层混合光/电互连网络
摘要： 高性能计算（HPC）系统的性能很大程度上取决于互连网络。对计算能力需求的不断增长促使互连网络规模扩大，同时导致系统成本和功耗相应增加。光互连技术的日益应用不仅降低了网络成本与功耗，还能满足系统扩展的带宽需求。然而与电交换机不同，光交换机缺乏缓冲区，使得全光网络难以在数据包级粒度上运行。本文提出一种基于低基数交换机和阵列波导光栅路由器（AWGR）的分层混合光电互连网络（H2OEIN）。底层采用低基数交换机可降低系统成本与功耗，其?？榛峁贡阌谕缋┱?；高层通过基于AWGR的光互连实现高带宽与快速交换。由于网络高层为无源结构，功耗得以大幅降低。网络仿真表明，在超过30万个节点的配置中，相较于蜻蜓拓扑网络，H2OEIN能降低25%的成本与45%的功耗。
关键词： 光互连、路由算法、拓扑结构、百亿亿次计算
更新于2025-09-09 09:28:46
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[2018年IEEE光子学会议(IPC) - 美国弗吉尼亚州雷斯顿(2018.9.30-2018.10.4)] 2018年IEEE光子学会议(IPC) - 采用反锥形耦合器的低损耗晶圆级硅光互连器
摘要： 本文通过实验展示了一种采用晶圆级硅光中介层逆锥形耦合技术的低损耗芯片间耦合器，其耦合损耗低于1dB，设计用于将激光发射均匀分配至100个光子集成电路裸片（PIC），并确保各裸片功率与相位一致。封装过程中，PIC通过倒装焊方式键合至中介层，实现电、光及热耦合。
关键词： 光互连、光封装、光耦合器、硅光子学、光子集成电路、纳米制造
更新于2025-09-04 15:30:14
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[2018年IEEE光子学会议(IPC) - 美国弗吉尼亚州雷斯顿(2018.9.30-2018.10.4)] 2018年IEEE光子学会议(IPC) - 基于850纳米VCSEL、具有功率-数据速率自适应特性的40G比特/秒全CMOS光链路
摘要： 报道了一种基于商用量产的850纳米波长垂直腔面发射激光器（VCSEL）和光电二极管的光链接系统，在40 Gbit/s速率下实现无误码传输（误码率<10^-12）。发射端采用14纳米FinFET CMOS工艺实现，接收端（RX）采用28纳米数字体CMOS技术。这是目前基于850纳米VCSEL的最快单通道非归零码光链接系统，且所有模拟前端组件均在CMOS工艺中制造。实测40 Gbit/s速率下的单比特能耗为3.4皮焦/比特。通过自适应降低电路参数可实现节能，20 Gbit/s速率下降至2.7皮焦/比特。接收端在40 Gbit/s速率下测得-1.9 dBm的光调制幅度灵敏度。
关键词： 垂直腔面发射激光器、激光驱动器、CMOS集成电路、光互连、光接收器
更新于2025-09-04 15:30:14
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面向开放流数据中心光网络的时间感知软件定义网络
摘要： 数据中心网络旨在利用其中的计算与存储资源，包括数据中心内部网络和数据中心间网络。两者都将依赖光网络技术，因其具有低延迟、高带宽和低能耗等优势。通过灵活栅格光网络实现的数据中心互联，为以动态、可调且高效控制的方式为应用分配频谱资源提供了可行方案。由于业务具有高突发性和高带宽特性，相比数据中心间网络，数据中心内部网络的光互连更受关注。许多数据中心应用环境要求更低延迟、更高可用性以及端到端的QoS保障。本文提出了一种面向OpenFlow数据中心光网络的新型时间感知软件定义网络(TaSDN)架构，通过引入时间感知服务调度(TaSS)策略。该TaSDN架构能结合时间因素安排和适配具有QoS需求的应用，并增强对数据中心需求的快速响应能力。我们在基于OpenFlow的数据中心内部及跨数据中心光网络测试平台上，实验验证了所提架构的整体可行性和有效性。
关键词： 时间感知、软件定义网络、OpenFlow、光互连、数据中心网络、灵活栅格光网络
更新于2025-09-04 15:30:14