Кремниевые конденсаторы Murata для оптических модулей 1,6 и 3,2 Тбит/с

На выставке 2026 в Шэньчжэне Murata показала широкополосные кремниевые конденсаторы для высокоскоростных оптических модулей: характеристики, три продуктовые линии, надёжность и производственные мощности.

Взрывной рост больших моделей ИИ продолжает ускорять оптические межсоединения в дата-центрах. Сейчас оптические модули 1,6 Тбит/с ускоренно выходят на этап массового развёртывания; по отраслевым прогнозам, модули 3,2 Тбит/с могут выйти на рынок в 2028 году, при этом около 20% модулей 1,6 и 3,2 Тбит/с перейдут на невставные форм-факторы, такие как NPO и CPO, чтобы сократить путь сигнала и снизить энергопотребление системы. Чем выше скорость, тем жёстче требования оптических модулей к высокочастотным характеристикам, миниатюризации и надёжности внутренних пассивных компонентов.

В этом контексте в сентябре в Шэньчжэне прошла Китайская международная оптоэлектронная выставка 2026, на которой Murata представила широкополосные кремниевые конденсаторы для высокоскоростных оптических модулей. Портал Дяньцзы Фашаою (电子发烧友网) был приглашён на стенд Murata и подробно обсудил с компанией технологический маршрут, рыночные перспективы и производственные мощности кремниевых конденсаторов.

ИИ стал главным двигателем роста скоростей

Как известно, скорости Ethernet стартовали в 2000 году с 10 Гбит/с; путь от 100 Гбит/с до 1 Тбит/с занял около десяти лет, а от 1,6 до 6,4 Тбит/с, по прогнозам, потребуется лишь пять лет — темп заметно ускоряется. Чтобы сократить дистанцию передачи сигнала и энергопотребление, отрасль исследует новые форм-факторы: CPO, NPO, а также LPO и XPO.

По материалам Murata, при сравнении четырёх вставных модулей OSFP800 с одним бортовым оптическим модулем CPO 3,2 Тбит/с объём может быть уменьшен более чем в 100 раз.

Сейчас скорость на одну длину волны в оптических модулях растёт со 100 и 200 Гбит/с до 400 Гбит/с, частота сигнала уходит всё выше, соответственно растут требования к полосе пропускания конденсаторов, а вносимые потери традиционных керамических конденсаторов на высоких частотах постепенно увеличиваются. Кремниевые конденсаторы изготавливаются по полупроводниковой технологии, сигнал в них передаётся волноводным образом, что позволяет сохранять стабильные электрические характеристики в широкой полосе частот.

Измеренная частотная характеристика широкополосных кремниевых конденсаторов Murata охватывает диапазон до 220 ГГц, наклон вносимых потерь ниже 0,005 дБ/ГГц; измеренные параметры другого продукта показывают вносимые потери менее 0,5 дБ в диапазоне до 160 ГГц и возвратные потери лучше 20 дБ. Как рассказали на стенде, производителей, способных проводить измерения в диапазоне свыше 200 ГГц, можно пересчитать по пальцам, и эта возможность характеризации — результат более чем 20-летнего опыта Murata в области кремниевых конденсаторов.

В масштабах решения в целом кремниевые конденсаторы позволяют снизить энергопотребление оптического модуля примерно на 50%; при этом широкополосные кремниевые конденсаторы для AC-связи по сравнению с решением на MLCC экономят до 70% места и около 80% энергопотребления. Решение сейчас поддерживает символьную скорость 200 Гбод на длину волны, что соответствует 400 Гбит/с на длину волны; для будущих 800 Гбит/с на длину волны у Murata также есть продукты.

Три продуктовые линии для разных сценариев внутри модуля

Показанные кремниевые конденсаторы можно свести к трём основным линиям, которые соответствуют вставным корпусам OSFP, QSFP и новому корпусу XPO, а также охватывают невставные форм-факторы NPO и CPO. Первая — широкополосные кремниевые конденсаторы для AC-связи в высокоскоростных сигнальных цепях: ёмкость в типоразмере 0201M достигает 47 нФ, новинка в типоразмере 01005M — 22 нФ; для высокоскоростных дифференциальных линий внутри модуля Murata также предлагает продукты в виде дифференциальных пар, упрощающие согласование импеданса.

Вторая — кремниевые конденсаторы для развязки по постоянному току, обеспечивающие целостность питания: благодаря сверхнизким ESL и ESR они эффективно фильтруют питание TIA, PD, TOSA, ROSA, DSP и других компонентов, поддерживают как поверхностный монтаж, так и монтаж проволочной разваркой и позволяют получить относительно большую ёмкость в сверхмалых корпусах, например 0101; плотность ёмкости при рабочем напряжении 1,35 В превышает 2,5 мкФ на квадратный миллиметр, при 3,8 В — также превышает 0,8 мкФ на квадратный миллиметр; конденсаторные сборки-массивы позволяют дополнительно повысить степень интеграции.

Третья — заказные кремниевые подложки и решения со встроенными конденсаторами: поскольку габариты модулей ограничены протоколами, а число внутренних компонентов продолжает расти, встраивание конденсаторов в подложку становится важным способом снять ограничения по месту; для 2.5D-корпусов в NPO и CPO Murata также может предложить готовые шарики припоя или медные столбики, а с помощью сопутствующих моделей для моделирования помогает клиентам оценить характеристики на раннем этапе проектирования.

Что касается соотношения кремниевых конденсаторов и MLCC, Murata чётко заявила: цель кремниевых конденсаторов — не заменить MLCC, а в отдельных особых сценариях, например при скорости 400 Гбит/с на длину волны, удовлетворить потребности за счёт лучших высокочастотных характеристик, меньших размеров и более гибких способов монтажа.

В части надёжности ёмкость кремниевых конденсаторов остаётся стабильной при изменении напряжения, температуры и старении, срок службы превышает 20 лет, диапазон температур по надёжности охватывает от −250 до +250 °C, продукты соответствуют стандарту Telcordia GR468-2.

В части поддержки проектирования Murata предоставляет полные трёхмерные электромагнитные модели на базе Ansys HFSS, полные S-параметры и референсные дизайны, а также услугу turnkey service для сопровождения разработки клиента.

По производственным мощностям: кремниевые конденсаторы относятся к полупроводниковым компонентам, у Murata есть две действующие линии — 6-дюймовая и 8-дюймовая, внутри компании выстроен механизм управления мощностями на краткосрочном, среднесрочном и долгосрочном горизонте для соответствия заказам клиентов; узких мест по мощностям сейчас нет.

Говоря о дальнейших инвестициях, Murata сообщила, что НИОКР будут вестись в трёх направлениях: определять направление продуктов исходя из потребностей клиентов; следовать развитию целевых отраслей и выпускать более подходящие продукты; непрерывно повышать возможности тестирования и характеризации.

Кроме того, присутствие Murata в области оптических модулей не ограничивается кремниевыми конденсаторами: компания охватывает и печатные платы фронтенда, и решения бэкенда, предлагая клиентам выбор «из одних рук»; её ДНК миниатюрных продуктов полностью соответствует тренду развития оптических модулей.

Итог

От 800 Гбит/с к 1,6 Тбит/с и далее к 3,2 Тбит/с — каждый скачок скорости оптических модулей предъявляет более высокие требования к базовым пассивным компонентам. Высокочастотные пассивные решения, представленные широкополосными кремниевыми конденсаторами Murata и других производителей, постепенно становятся важной опорой оптических межсоединений дата-центров в эпоху ИИ.