CESA-2021-3-005《半导体集成电路 光互连接口技术要求》团体标准 征求意见稿

ICS31.200

CCSL56

团体标准

T/CESAXXXX—202X

小芯片接口总线技术要求

Technicalrequirementforchip-letinterfacebus

征求意见稿

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

已授权的专利证明材料为专利证书复印件或扉页，已公开但尚未授权的专利申请

证明材料为专利公开通知书复印件或扉页，未公开的专利申请的证明材料为专利申请

号和申请日期。

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中国电子工业标准化技术协会发布

T/CESAXXXX—XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

本文件由中国电子技术标准化研究院提出。

本文件由中国电子技术标准化研究院及中国电子工业标准化技术协会归口。

本文件起草单位：。

本文件主要起草人：。

III

T/CESAXXXX—XXXX

半导体集成电路光互连接口技术要求

1范围

本文件规定了基于典型数据传输应用场景的光互连接口技术要求，包括光模块规格定义（含驱动电

路）、客户端串行电路规格、协同封装连线规格、光纤耦合以及光连接器等技术要求。

本文件适用于共封装交换机收发器等光互连应用场景的设计、制造、测试。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

IEEE802.3bsMediaAccessControlParametersPhysicalLayers,andManagementParameters

for200Gb/sand400Gb/s.200Gb/s和400Gb/s操作的媒体访问控制参数、物理层和管理参数

IEEE802.3cuPhysicalLayers,andManagementParametersfor100Gb/sand400Gb/s

OperationoverSingle-ModeFiberat100Gb/sperWavelength.100Gb/s单模光纤上操作的物理

层和管理参数

3术语和定义

本文件没有需要界定的术语和定义。

4符号和缩略语

下列缩略语适用于本文件。

CPO：共封装光学（Co-PackagedOptics）

200GE：200千兆以太网（200GEthernet）

400GE：400千兆以太网（400GEthernet）

400GBASE-FR4：400GE光标准（400GBASEFarRangewith4channels）

BER：误码率（BitErrorRatio）

ER：消光比（ExtinctionRatio）

SMSR：边模抑制比（Side-ModeSuppressionRatio）

OMA：光调制幅度（OpticalModulationAmplitude）

TDECQ：发射器和色散眼图闭合四元（TransmitterandDispersionEyeClosureforPAM4）

SECQ：应力眼图闭合四元（StressedEyeClosureforPAM4）

SiPh：硅光子学（SiliconPhotonics）

TIA：跨阻放大器（TransImpedanceAmplifier）

MUX：复用器（Multiplexer）

DEMUX：解复用器（De-Multiplexer）

NRZ：不归零（NonReturnZero）

PAM：脉冲幅度调制（PulseAmplitudeModulation）

DSP：数字信号处理器（DigitalSignalProcessor）

CEI-112G-XSR：通用电气接口规范（CommonElectricalI/O-112G-ExtremeShortReach）

CMIS：通用管理接口规范（CommonManagemetInterfaceSpecification）

SPI：串行外设接口（SerialPeripheralInterface）

1

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LD：激光二极管用作共同封装光模块的连续波源（LaserDiode）

ELS：外部激光源（ExternalLaserSource）

PMF：保偏光纤（PolarizationMaintainingOpticalFiber）

5系统架构

概述

本文件适用于数据中心的业务场景性能测试，定义了1.6Tb/s(2x800G基本架构单元)共封装

收发器的技术规范其中以800G芯片组为基本架构单元，该收发器器件将作为构建模块，为25.6Tb/s

交换机提供高集成低功耗解决方案，其中16个共封装模块靠近交换机ASIC。本文件中定义了共封装

收发器的两种变体，一种支持使用800G-DR8基本架构单元，另一种支持800G-2xFR4基本架构单元。

共封装交换机

1.6Tb/s共封装收发器是25.6Tb/s交换机组件的构建块。整个系统的框架如下。收发器模块

通过光连接向交换机芯片提供光I/O并转换为短距离电接口。

收发器模块的详细信息如下。该模块包括数字信号处理器(DSP)、调制器驱动器和TIA芯片、基

于硅光子学(SiPh)的光发射器和接收器。对于800G-2xFR4变体，该模块包括光复用器(MUX)和解

复用器(DEMUX)，并支持长达2公里的双工单模光纤。对于800G-DR8变体，支持长达1公里的双

工单模光纤。

收发器模块将支持使用外部激光源(ExternalLightSource)来提供高光功率光源以确保激光器

的可靠性。

在1.6Tb/s模式下，收发器的线路侧发送和接收2×800G-2xFR4或2×800GBASE-DR8。面向交

换芯片的收发器电接口发送和接收16×106GPAM4电信号，符合CEI-112G-XSR规范的die-to-die

(D2D)和die-to-OE(D2OE)电I/O接口，可用于支持N×112GI/O链路，显着降低功耗、复杂性

并提高吞吐量密度。

收发器规划支持未来3.2Tb/s模式，收发器的线路侧发送和接收2×1.6T-2xFR4或2×1.6T-DR8。

面向交换芯片的收发器电接口发送和接收16×212GPAM4电信号，符合CEI-112G-XSR规范的die-to-die

(D2D)和die-to-OE(D2OE)电I/O接口，可用于支持N×224GI/O链路，显着降低功耗、复杂性并提高吞

吐量密度。

收发器子组件将安装在共封装基板上，该基板通过XSR接口提供高速数据路径，并提供一组有限的

电源和控制信号。共封装交换机收发器的横截面如下所示。收发器横截面用于说明目的设计可能有所不

同。

收发器应有足够的余量以在规定条件下和整个寿命期间在交换机ASICFECBER阈值下运行。该架

构预计电信号会在链路两端重新定时，FEC适用于遵循IEEE802.3AUI定义的交换机芯片主机。

共封装系统并列光及波分复用光互连应用场景

共封装系统并列光及波分复用光互连应用场景包括两种，见图1和图2。

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图1共封装并列光互连应用

图2共封装波分复用光互连应用

6通用操作条件

描述共封装收发器基本操作条件，激光器使用规格，工作环境及供电源规格的要求，见表1和表2。

表1共封装交换机收发器应用场景

参数符号最小典型最大单位备注

信号速率，每通道，400G模式53.125GBaud+/-100ppm

调制格式PAM4

电源范围-5%5%V>1.2V

-3%3%V≤1.2V

模块电源噪声容限PSNR2%10Hz-10MHz

3

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参数符号最小典型最大单位备注

峰到峰

工作外壳温度，外部激光Tcase_ext1585°Ca

功耗，外部激光源P48WTc=Max,EndofLife

相对湿度RH585%b

预期组件寿命T_lifetime3Years

aTcase在散热器（盖）顶面的中心测量。模块应支持在40℃环境温度下环回运行12小时。负责系统级散热解决

方案的系统集成商。

b非冷凝。收发器还应支持高达85%的RH，在组件的使用寿命内长达500小时。

表2电源规格要求

供电轨道标称电压直流容差最大值

DVDD10.9+/-3%30

DVDD20.75+/-3%40

VCC_3p33.3+/-5%5

VCC_1p81.8+/-5%8

VCC_1p21.2+/-3%2

VCC_SiPh12+/-5%0.5

7共封装交换机收发器应用场景

共封装交换机收发器模块说明

共封装交换机组件由高密度有机基板，交换芯片和围绕周边排列的光学模块组成，带有16个共封装

收发器模块的共封装交换机组件的完整组装的概念机械布局示意见图3。

图3共封装概念机械布局示意图

共封装收发器光学特性

表3400GBASE-DR4发送端光学特性

描述数值单位

每通道信号波特率53.125±100ppmGBd

4

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描述数值单位

调制格式PAM4—

通道波长1304.5to1317.5nm

边模抑制比（最小值）30dB

每通道平均发送功率（最大值）4dBm

每通道平均发送功率（最小值）-2.9dBm

每通道发送外眼光调制幅度（最大值）4.2dBm

每通道发送外眼光调制幅度（最小值）-0.8dBm

在OMAouter减去TDESQ时每通道发送光功率（最小值）-2.2dBm

每通道发送色散眼闭合度（最大值）3.4dB

每通道TDECQ–10*log10(Ceq)（最大值）3.4dB

每通道关断平均发送光功率（最大值）-15dBm

消光比（最小值）3.5dB

发射转变时间（最大值）17ps

RIN21.4OMA(最大值)-136dB/Hz

光回波损耗容限（最大值）21.4dB

发射光反射（最大值）-26dB

注1：每通道平均发送光功率的最小值为参考值，不是信号强度的主要指标，发送光功率低于该值不满足要求，但

是高于该值也不确保满足要求。

注2：即使TDECQ<1.4dB，OMAouter应超过此值

表4400GBASE-DR4接收端光学特性

描述数值单位

每通道信号波特率53.125±100ppmGBd

调制格式PAM4—

通道波长1304.5to1317.5nm

每通道光功率损伤阈值5dBm

每通道平均接收光功率（最大值）4dBm

每通道平均接收光功率（最小值）-5.9dBm

每通道OMA接收光功率（最大值）4.2dB

接收光反射（最大值）-26dB

每通道OMAouter接收灵敏度（最大值）SOMAdBm

每通道OMAouter加压接收灵敏度（最大值）-1.9dBm

注1：持续暴露在该光功率水平下，接收部分应没有损伤。接收机不必正确工作在此输入功率下。

注2：每通道平均接收光功率的最小值为参考值，不是信号强度的主要指标，发送光功率低于该值不满足要求，但

是高于该值也不确保满足要求。

注3：每通道OMAouter接收灵敏度的最大值为参考值，SOMA取-3.9和（SECQ-5.3）中的较大值，SECQ范围0~3.4dB。

注4：BER为2.4×10-4条件下测试，SECQ=3.4dB，非待测通道OMAouter=4.2dBm。

表5400GBASE-FR4发送端光学特性

描述数值单位

每通道信号波特率53.125±100ppmGBd

调制格式PAM4—

通道波长1264.5to1277.5nm

1284.5to1297.5nm

1304.5to1317.5nm

1324.5to1337.5nm

边模抑制比（最小值）30dB

总平均发送光功率（最大值）9.3dBm

每通道平均发送功率（最大值）3.5dBm

每通道平均发送功率（最小值）-3.3dBm

每通道发送外眼光调制幅度（最大值）3.7dBm

每通道发送外眼光调制幅度（最小值）-0.3dBm

5

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描述数值单位

任意两通道之间OMAouter差值（最大值）4dB

在OMAouter减去TDESQ时，每通道发送光功率（最小值）消光比≥4.5-1.7dBm

dB消光比<4.5dB-1.6

每通道发送色散眼闭合度（最大值）3.4dB

每通道TDECQ–10*log10(Ceq)（最大值）3.4dB

每通道关断平均发送光功率（最大值）-20dBm

消光比（最小值）3.5dB

发射转变时间（最大值）17ps

RIN17.1OMA(最大值)-136dB/Hz

光回波损耗容限（最大值）17.1dB

发射光反射（最大值）-26dB

注1：每通道平均发送光功率的最小值为参考值，不是信号强度的主要指标，发送光功率低于该值不满足要求，但

是高于该值也不确保满足要求。

注2：即使消光比≥4.5dB时TDECQ<1.4dB，或消光比<4.5dB时TDECQ<1.3dB，OMAouter应超过此值。

注3：Ceq为参考均衡器噪声增强系数，符合IEEE802.3-2018第121.8.5.3节要求。

表6400GBASE-FR4接收端光学特性

描述数值单位

每通道信号波特率53.125±100ppmGBd

调制格式PAM4—

1264.5to1277.5nm

1284.5to1297.5nm

通道波长

1304.5to1317.5nm

1324.5to1337.5nm

每通道光功率损伤阈值4.5dBm

每通道平均接收光功率（最大值）3.5dBm

每通道平均接收光功率（最小值）-7.3dBm

每通道OMA接收光功率（最大值）3.7dBm

任意两通道之间OMAouter接收光功率差值（最大值）4.1dB

接收光反射（最大值）-26dB

每通道OMAouter接收灵敏度（最大值）SOMAdBm

注1：持续暴露在该光功率水平下，接收部分应没有损伤。接收机不必正确工作在此输入功率下。

注2：每通道平均接收光功率的最小值为参考值，不是信号强度的主要指标，发送光功率低于该值不满足要求，但

是高于该值也不确保满足要求。

注3：每通道OMAouter接收灵敏度的最大值为参考值，SOMA取-4.6和（SECQ-6.0）中的较大值，SECQ范围0~3.4dB。

注4：BER为2.4×10-4条件下测试，SECQ=3.4dB，非待测通道OMAouter=4.2dBm。

7.2.1外置光源特性

ELS模块将由一个提供连续光源的高功率激光器阵列组成，以支持具有不同光学规格的CPO模块。第

一代CPO模块将采用最常见单波100Gb/s的光学标准，如IEEE400GBASE-DR4（IEEE802.3bs，第124条）

和400GBASE-FR4（IEEE802.3cu）中所述。来自激光器的功率可以被分配到光模块内的多个光通道。对

于1.6Tb/s光模块的CPO组件，若CPO组件采用2个2×400GBASE-FR4光模块，每个外置光源模块可以支持

16个100Gb/s通道，见图4，则每个外置光源模块需要4个激光器和4根光纤，每个激光器拥有不同波长，

每个激光器可以支持4个100Gb/s通道。若使用8×100GDR8光模块配置的1.6Tb/s光模块，则每个外置光

源模块仍需要4个激光器和4根光纤，但每个激光器拥有相同波长。

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图42×400GFR4以及8×100GDR8

对于使用外置光源的CPO设计，光需要耦合到保偏光纤中，而保偏光纤又耦合到CPO。应仔细注意损

耗预算和容差，以实现适当的输出功率。光源将提供一个小的控制范围，作为调整调制输出功率的一种

手段，允许从最大功率水平衰减。光学模块通过数字信号指示接收到的外部光的存在并实现人眼安全联

锁。当光模块在所有通道上检测到光时，人眼安全联锁控制被启动，而ELS具有在光模块断开时禁用光

的开关，ELS模块负责使用上电排序。

表7外置光源特性

参数符号最小典型最大单位注释

FR-WL11265.2512711276.75nm

FR-WL21285.2512911296.75nm

FR中心波长

FR-WL31305.2513111316.75nm

FR-WL41325.2513311336.75nm

DR中心波长DR-WL1304.513111317.5nm

光功率PELS1822dBma

光功率控制范围ΔPELSdB

激光RINRINcdB/Hzb

激光SMSRSMSRdB

偏振消光比rexdB

输出反射率Rx_RefdB

光回损容限dB

a入纤光功率，功率控制设置为最大功率，PELS可以是最小值和最大值之间的任何值。

b具有-17.1dB反射。

7.2.2外置光源光连接器

部分CPO设计将依靠外部激光源(ELS)为光学模块提供CW光源。ELS的封装形式类似于QSFP-

DDMSA，主要特征为光口、电口同侧，电口为金手指，光口为12芯MT，具备普通光模块的可拔插能力。

光口MT为保偏光纤，研磨端面为APC。与ELS适配的插座集成了光口、电口，光口具备防尘结构。

ESL包括ELS-DR、ELS-FR两类，分别满足DR类型、FR类型的共封装收发模块。ELS-DR共提供8路大功

率CW光源，ELS-FR共提供4路大功率CW光源及4路备份输出。ELS通过保偏光纤(PMF)连接到共封装收发

模块。

7.2.2.1ELS模块的机械尺寸

ELS-DR、ELS-FR具有相同的外形尺寸。电口金手指结构与QSFP+MSA的插座兼容，光口在电口的上

方，见图5及表8。

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图5机械尺寸结构图

表8机械尺寸图

尺寸（mm）符号尺寸（mm）注释

A12.5E2.75

B16.4F78.09

C16.55G51.82

D18.35TBD26.27

7.2.2.2模块光口定义

光口采用12芯MT插芯，正视图从左到右CH1-CH12，通道定义见表格。光纤为熊猫眼保偏光纤，熊猫

眼方向见下图。光口端面为APC，角度方向见图6及表9。

图6模块光口物理结构

表9模块光口通道定义

通道ELS-DRELS-FR

CH1LD1，1311nmLD2，1271nm

CH2LD2，1311nmLD2，1291nm

CH3LD3，1311nmLD3，1311nm

CH4LD4，1311nmLD4，1331nm

CH5NCNC

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通道ELS-DRELS-FR

CH6NCNC

CH7NCNC

CH8NCNC

CH9LD5，1311nmLD5，1271nm（可扩展）

CH10LD6，1311nmLD6，1291nm（可扩展）

CH11LD7，1311nmLD7，1311nm（可扩展）

CH12LD8，1311nmLD8，1331nm（可扩展）

7.2.2.3模块金手指定义

ELS电口金手指定义与QSFP+MSA的插座兼容，保留MSA协议中电源及SDA、SCL、ModPrsL引脚。见图

7、图8，信号定义见表10。

图7模块金手指结构示意图

图8模块金手指信号定义

表10模块金手指信号定义

引脚符号描述引脚符号描述

1GND地20GND地

2NC置空21NC置空

3NC置空22NC置空

4GND地23GND地

5NC置空24NC置空

6NC置空25NC置空

7GND地26GND地

8NC置空27ModPrsL当前模块

9NC置空28Vcc2+3.3V电源

10Vcc2+3.3V电源29Vcc1+3.3V电源

9

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引脚符号描述引脚符号描述

11SCL双线串行接口时钟30Vcc1+3.3V电源

12SDA双线串行接口数据31NC置空

13GND地32GND地

14NC置空33NC置空

15NC置空34NC置空

16GND地35GND地

17NC置空36NC置空

18NC置空37NC置空

19GND地38GND地

7.2.3共封装收发器光连接器

尾纤版本将具有用于Tx和Rx的單模光纤端接在高密度光连接器中。

4×400GBASE-DR4模块有16根光纤用于Tx，16根光纤用于Rx功能。4个模块各1×8并行

光纤阵列，每个光纤阵列端接在1×8MPO连接器中。如果愿意，可以用一个2x16MPO连接器或两个

1x16MPO连接器代替这种布置。MPO连接器将连接到交换机系统内的隔板适配器。

4×400GBASE-FR4模块有4根光纤用于Tx，4根光纤用于Rx功能。这里有两个1×4并行光

纤阵列从模块引出，每个都端接在一个1×4MPO连接器中。如果愿意，可以用单个1x12MPO连接器

代替这种布置。MPO连接器将连接到交换机内的隔板适配器。

7.2.4共封装收发器电学特性

7.2.4.1电连接器规格

电气I/O通过LGA引脚从组装基板连接到光子基板有次毫米间距。建议的电气引脚排列如图9所

示，引脚分配见图9。

图9电气引脚定义图

表11电连接器信号定义

信号组LGA网类型数量描述

RX_A[1:4][PN]输入8来自主机A—通道1到4的接收数据的差分对

电气数据输入RX_B[1:4][PN]输入8来自主机B—通道1到4的接收数据的差分对

RX_C[1:4][PN]输入8来自主机C—通道1到4的接收数据的差分对

RX_D[1:4][PN]输入8来自主机D—通道1到4的接收数据的差分对

TX_A[1:4][PN]输出8来自主机A—通道1到4的发送数据的差分对

电气数据输出TX_B[1:4][PN]输出8来自主机B—通道1到4的发送数据的差分对

TX_C[1:4][PN]输出8来自主机C—通道1到4的发送数据的差分对

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信号组LGA网类型数量描述

TX_D[1:4][PN]输出8来自主机D—通道1到4的发送数据的差分对

P_0v9_1PWR180.9V

P_0v75_1PWR180.75V

P_0v9_2PWR180.9V

P_0v75_2PWR180.75V