技術文章分析 | 突破 400G 單波極限：IM/DD 互連技術的組件與系統權衡 | Coherent

隨著人工智慧與機器學習（AI/ML）應用的爆發式成長，雲端工作負載正以前所未有的速度增加 。為了因應這股浪潮，資料中心內部互連技術正試圖將單通道速率從現有的 200 Gb/s 推升至 400 Gb/s 。這不僅能讓交換機吞吐量翻倍，還能提升集成密度並降低每位元成本 。然而，這條路並不好走，電氣損耗與染色分散（Chromatic Dispersion）成了攔路虎 。本篇由光通訊巨頭 Coherent 發表於 OFC 2026 的論文，正是在探討如何透過組件創新與系統優化，在 IM/DD（強度調變/直接偵測）架構下實現這項挑戰。

參考來源

• 標題：Scaling IM/DD Interconnects to 400 Gb/s per Lane: Component and System-Level Tradeoffs

  
  

• 作者：Anna Tatarczak, Roberto Rodes, Andrei Kaikkonen, Young Kai Chen, Julie Eng

  
  

• 發表單位：Coherent Corp.

  
  

• 發表平台：OFC 2026

  
  

深度圖表分析

這篇論文的核心在於展示組件頻寬必須突破 100 GHz 門檻，才能支持單波 400 Gb/s 的 PAM4 調變 。

圖 1：400G 關鍵組件的頻率響應與模擬眼圖

這張圖揭示了發送端與接收端的實測表現：

• a) InP Diff EML 響應：實測顯示 1310 nm 的磷化銦（InP）差分電吸附調變雷射（Diff-EML）頻寬已超過 100 GHz 。在20 degC 下，其驅動電壓需求為 2.0 Vppd 。

  
  

• b) 400G IM/DD 驅動器：與調變器協同設計的電氣驅動器，同樣展現了超過 100 GHz 的頻寬實力 。

  
  

• c) 模擬發射端眼圖：結合優化的 PCB 佈線與 20 階 FFE 平衡器，在 426 Gb/s 速率下測得消光比（ER）為 4.9 dB，發射機分散與眼圖閉合代價（TDECQ）僅為 1.5 dB 。這證明了即便在如此極端的高速下，線性度依然保持良好 。

  
  

• d) 接收端 PD 與 TIA：採用 InP 背面照射式光電二極體（PD）倒裝焊（Flip-chip）在轉阻放大器（TIA）上，同樣交出了頻寬大於 100 GHz 的成績單 。

  
  

圖 2：200G vs. 400G PAM4 鏈路預算分析

當我們將速率翻倍時，物理特性的犧牲是顯而易見的：

• 靈敏度代價：模擬顯示，從 212.5 Gb/s 提升到 425 Gb/s，接收機靈敏度會產生約 5 dB 的懲罰 。

  
  

• 噪聲與響應度權衡：為了達到 >100 GHz 頻寬，400G 接收端的 TIA 輸入等效噪聲（IRN）從 200G 的 18 pA/Hz^2 增加到 30 pA/Hz^2 ，且 PD 響應度從 0.7 A/W 下降至 0.5 A/W 。

  
  

• 性能瓶頸：圖中顯示，在低接收光功率（Rx OMA）時，性能受限於接收機噪聲；在高功率時，則由發射端非線性與雷射相對強度雜訊（RIN）主導 。

  
  

結論：技術對未來產業的影響

這篇論文告訴我們，單波 400 Gb/s IM/DD 在技術上是可行的，但它是一場關於「頻寬、噪聲與功耗」的艱苦平衡大戰 。

1. 材料科學的勝利：磷化銦（InP）目前在 100 GHz 以上頻寬的競爭中表現強勁，而矽光子（SiPh）雖然具備規模化優勢，但在 400G 所需的 70-80 GHz 以上頻寬仍面臨挑戰 。

   
   

2. AI 算力的救星：對於 90% 以上長度短於 30 米的資料中心內部鏈路而言，單波 400G 能夠顯著提升算力群集的互連密度 。

   
   

3. 量產的挑戰：儘管實驗室數據漂亮，但要實現商用化，還必須解決高頻封裝（如 flip-chip vs. wire-bond）的寄生效應、熱管理以及更強大的 DSP 帶來的功耗壓力 。

   
   

400G 時代的關鍵字不再只是「更快的雷射」，而是「更精密的系統協同優化」 。