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英特爾集成光電研究最新進展推動共封裝光學和光互連技術進步

時間:2022-07-06

來源:21ic

導語:英特爾研究院資深首席工程師榮海生表示:“這項新的研究表明,均勻密集的波長和良好適配的輸出功率是可以同時實現的,最重要的是,能夠利用英特爾晶圓廠現有的生產和制程控制技術做到這一點。

       英特爾展示了集成在硅晶圓上的,被緊密控制的八波長激光陣列,具備適配功率和均勻波長間隔

  英特爾研究院宣布其集成光電研究取得重大進展,這是提高數據中心內和跨數據中心計算芯片互聯帶寬的下一個前沿領域。這一最新研究在多波長集成光學領域取得了業界領先的進展,展示了完全集成在硅晶圓上的八波長分布式反饋(DFB)激光器陣列,輸出功率均勻性達到+/- 0.25分貝(dB),波長間隔均勻性到達±6.5%,均優于行業規范。

  英特爾研究院資深首席工程師榮海生表示:“這項新的研究表明,均勻密集的波長和良好適配的輸出功率是可以同時實現的,最重要的是,能夠利用英特爾晶圓廠現有的生產和制程控制技術做到這一點。因此,它為下一代光電共封裝和光互連器件的量產提供了一條清晰的路徑。”

  利用這一新進展生產的光源將具備未來大規模應用所需的性能,如可用于那些處理AI和機器學習等新興網絡密集型工作負載的光電共封裝和光互連器件。這一激光器陣列基于英特爾300毫米硅光子制程制造,為量產和廣泛部署鋪平了道路。

  據Gartner預測,到2025年,超過20%的數據中心高帶寬通道將使用硅光子,而在2020年這一比例還不到5%。此外,硅光子潛在市場的規模也達到了26億美元。對低功耗、高帶寬和快速的數據傳輸的需求帶來了硅光子需求的同步增長,以支持數據中心應用和其它方面。

  光連接在20世紀80年代開始取代銅線,是因為光纖中固有的高帶寬光傳輸優于通過金屬線纜傳輸的電脈沖。從那時起,由于組件尺寸和成本的降低,光纖技術變得更加高效,促成了過去幾年里光互連網絡解決方案的突破性進展,這些進展通常用于交換機、數據中心和其他高性能計算環境。

  隨著電氣互連性能逐漸接近實際極限,將硅電路和光學器件并排集成在同一封裝上,有望在未來提高輸入/輸出(I/O)接口的能源效率,延長其傳輸距離。這些光子技術是在英特爾晶圓廠中使用現有制程技術實現的,這意味著在實現大規模生產后,其成本將會降低。

  最新的光電共封裝解決方案使用了密集波分復用(DWDM)技術,展現了在增加帶寬的同時顯著縮小光子芯片尺寸的前景。然而,截止到目前,要制造具有均勻波長間隔和功率的密集波分復用光源還非常困難。

  英特爾的這一新進展則確保了光源在保持波長分隔一致性的同時有均勻的輸出功率,滿足了光計算互聯和密集波分復用通信的需求。使用光互連的下一代輸入/輸出接口可針對未來AI和機器學習工作負載的極高帶寬需求進行定制。

  8個微環調制器和光波導。每個微環調制器都被調節到特定的波長(或者說“光色”)。利用多波長,每個微環都可單獨調制光波,以實現獨立通信。這種使用多個波長的方法就叫做波分復用。(圖片來源:英特爾公司)

  八波長分布式反饋激光器陣列是在英特爾的商用300 mm混合硅光子平臺設計和制造的,這一平臺被用于量產光收發器。基于與制造300 mm硅晶圓相同的,嚴格制程控制下的光刻技術,此項創新實現了大型CMOS晶圓廠激光器制造能力的重大飛躍。

  8通道III-V族/硅混合分布式反饋激光器陣列。通過實現匹配功率和均勻波長間隔,這一創新標志著大型晶圓廠量產多波長激光器能力的重大飛躍。

  在這項研究中,英特爾使用了先進的光刻技術,以在III-V族晶圓鍵合制程前完成硅片中波導光柵的配置。與在三或四英寸III-V族晶圓廠制造的普通半導體激光器相比,這項技術提高了波長均勻性。此外,由于激光器的高密度集成,陣列在環境溫度改變時也能保持通道間距的穩定。

  未來,作為硅光子技術的先鋒,英特爾將繼續致力于研究各類解決方案,以滿足日益增長的對效率更高、功能更全面的網絡基礎設施的需求。目前,英特爾正在開發的集成光電關鍵構建模塊包括光的產生、放大、檢測、調制、CMOS接口電路和封裝集成。

  此外,八波長集成激光器陣列制造技術的許多方面正被英特爾的硅光子產品部門(Silicon Photonics Products Division)用于打造未來的光互連芯粒。這一即將推出的產品將在包括CPU、GPU和內存在內的各種計算資源之間,實現低功耗、高性能、太比特每秒(multi-terabits per second)的互連。對實現光互連芯粒的大規模制造和部署而言,集成激光器陣列是縮小體積、降低成本的關鍵。

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