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英特爾實(shí)驗(yàn)室宣布其集成光子學(xué)研究取得重大進(jìn)展。最新的研究展示了多波長(zhǎng)集成光學(xué)器件的行業(yè)領(lǐng)先進(jìn)展，包括演示了完全集成在硅晶圓上的八波長(zhǎng)分布式反饋(DFB)激光陣列，并提供+/- 0.25dB的出色輸出功率均勻性和超過行業(yè)規(guī)格的±6.5%的波長(zhǎng)間距均勻性。
英特爾實(shí)驗(yàn)室高級(jí)首席工程師Haisheng Rong表示：“這項(xiàng)新研究表明，有可能在均勻和密集間隔的波長(zhǎng)下實(shí)現(xiàn)匹配良好的輸出功率。最重要的是，這可以通過使用英特爾晶圓廠中現(xiàn)有的制造和工藝控制來完成，從而確保下一代共封裝光學(xué)器件和大規(guī)模光計(jì)算互連的批量生產(chǎn)的清晰路徑。”
它意味著什么？
這一進(jìn)展將使生產(chǎn)的光源具有未來大批量應(yīng)用所需的性能，如用于包括人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)在內(nèi)的新興網(wǎng)絡(luò)密集型工作負(fù)載的共封裝光學(xué)和光學(xué)計(jì)算互連。該激光器陣列建立在英特爾的300毫米硅光子學(xué)制造工藝上，為大批量制造和廣泛部署鋪平了道路。
Gartner預(yù)測(cè)，到2025年，硅光子學(xué)將被用于所有高帶寬數(shù)據(jù)中心通信渠道的20%以上，而2020年這一比例還不到5%，總的可用市場(chǎng)將達(dá)到26億美元。對(duì)低功耗、高帶寬和更快的數(shù)據(jù)傳輸的需求不斷增長(zhǎng)，推動(dòng)了對(duì)硅光子學(xué)的需求，以支持?jǐn)?shù)據(jù)中心的應(yīng)用和其他方面。
為什么它很重要？
光纖連接在20世紀(jì)80年代開始取代銅線，光纖中的光傳輸具有固有的高帶寬，而不是通過金屬線傳輸?shù)碾娒}沖。由于元件尺寸和成本的降低，該技術(shù)變得更加有效，這使得過去幾年在使用光互連的網(wǎng)絡(luò)解決方案方面取得了突破性進(jìn)展，例如在交換機(jī)、數(shù)據(jù)中心和其他高性能計(jì)算環(huán)境中。
隨著電氣互連性能限制的上升，在同一封裝上并排集成硅電路和光學(xué)器件，為未來的輸入/輸出(I/O)接口帶來了希望，其能源效率得到提高，覆蓋范圍也更廣。這些光子技術(shù)是在英特爾的工廠里利用現(xiàn)有的工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，這意味著大規(guī)模制造的有利成本降低。
最近采用密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)的共封裝光學(xué)解決方案展示了在大幅減少光子芯片的物理尺寸的同時(shí)增加帶寬的前景。然而，直到現(xiàn)在，要生產(chǎn)具有統(tǒng)一波長(zhǎng)間隔和功率的DWDM光源非常困難。這一新進(jìn)展確保了光源波長(zhǎng)分離的一致性，同時(shí)保持了均勻的輸出功率，從而滿足光計(jì)算互連和DWDM通信的要求之一。使用光互連的下一代計(jì)算I/O可以為未來高帶寬AI和ML工作負(fù)載的極端需求量身定制。
它是如何工作的？
八個(gè)波長(zhǎng)的DFB陣列是利用英特爾的商用300毫米混合硅光子學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)和制造的，該平臺(tái)被用來批量生產(chǎn)光收發(fā)器。這項(xiàng)創(chuàng)新標(biāo)志著在大批量互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工廠中激光制造能力的重大進(jìn)步，它利用了用于制造300毫米硅晶圓的相同光刻技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格的工藝控制。
在這項(xiàng)研究中，英特爾使用了先進(jìn)的光刻技術(shù)，在III-V族晶圓粘合工藝之前，在硅中定義波導(dǎo)光柵。與在3英寸或4英寸III-V晶圓廠生產(chǎn)的傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器相比，這種技術(shù)帶來了更好的波長(zhǎng)均勻性。此外，由于激光器的緊密集成，該陣列在環(huán)境溫度改變時(shí)也能保持其通道間距。
下一步計(jì)劃是什么？
作為硅光子技術(shù)的先驅(qū)，英特爾致力于開發(fā)解決方案，以滿足對(duì)更高效、更有資源的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施日益增長(zhǎng)的需求。正在開發(fā)的核心技術(shù)構(gòu)件包括光的產(chǎn)生、放大、檢測(cè)、調(diào)制、CMOS接口電路和封裝集成技術(shù)。
此外，八波長(zhǎng)集成激光器陣列技術(shù)的許多方面正在由英特爾的硅光子學(xué)產(chǎn)品部門實(shí)施。作為未來光計(jì)算互連芯片產(chǎn)品的一部分，即將推出的產(chǎn)品將在包括CPU、GPU和內(nèi)存在內(nèi)的計(jì)算資源之間提供高能效、高性能的每秒多太比特的互連，而集成激光器陣列是實(shí)現(xiàn)支持大批量制造和部署的緊湊而經(jīng)濟(jì)的解決方案的一個(gè)關(guān)鍵要素。
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