傳統半導體都是基于硅、電子構建的,但進一步提升性能的限制和難度越來越大,而量子計算、光子計算這些看似科幻的前沿科技,也正在一步步被突破,
今天的研究院開放日活動上,Intel就公布了在硅光子技術方面的最新突破,提出了“集成光電”的愿景,向著實現將光子與低成本、大容量的硅芯片進行集成的長期愿景又邁進了一步。
Intel對硅光子技術的研究由來已久,而且碩果累累,早在2016年6月就推出了全新的硅光子產品100G PSM4,可在獨立的硅芯片上實現近乎光速的數據傳輸,
2018年9月,Intel 100G硅光收發器產品拓展到5G基礎設施領域;2019年11月,Intel將光學鏈路封裝到了傳統CPU之中;2020年3月,Intel展示了業界首個一體封裝光學以太網交換機,1.6Tbps的硅光引擎與12.8Tbps的可編程以太網交換機合二為一。
Intel表示,在如今的服務器、數據中心里,隨著數據量不斷猛增,網路基礎架構遇到了全新的挑戰,尤其是電氣I/O性能逐漸逼近極限。
隨著計算帶寬需求的不斷增長,電氣I/O的規模已經無法保持同步增長,從而形成了所謂的“I/O功耗墻”,限制了計算運行的可用能源。
而通過在服務器和封裝中直接引入光互連I/O,Intel打破了這一限制,
Intel今天重點展示了硅光子技術在關鍵技術構建模塊方面的重大進展,這也是Intel集成光電研究的基礎,包括光的產生、放大、檢測、調制、CMOS接口電路、封裝集成,將光子技術、CMOS技術緊密結合,這也是未來光子技術與核心計算芯片完全集成的一次概念驗證。
同時,Intel還展示了比傳統組件小1000倍的微型環調制器,不再像傳統服務器封裝那樣需要上百個類似元件,
在歷史上,Intel也是第一家將集成激光器、半導體光學放大器、全硅光電探測器、微型環調制器集成在一個與CMOS硅緊密集成的單個技術平臺上,為集成光電技術的擴展奠定了基礎。
硅光電基礎模塊
硅光電集成
匯總來說,Intel構建模塊的關鍵技術包括:
微型環調制器(micro-ring modulators):
傳統的芯片調制器占用面積太大,并且IC封裝的成本很高,Intel的微型環調制器則將尺寸縮小了1000倍以上,消除了將硅光子集成到計算封裝中的主要障礙。
全硅光電檢測器(all silicon photo detector):
Intel的最新成果推翻了數十年來業界的誤解,確認硅也有光檢測功能,未來可大大降低成本,
集成半導體光學放大器:
使用與集成激光器相同的材料,可降低總功耗。
集成多波長激光器(Integrated multi-wavelength lasers):
使用波分復用技術,可將來自同一激光的不同波長用在同一光束中,傳輸更多數據,從而可以使用單根光纜傳輸額外數據,增加帶寬密度,
集成:
使用先進的封裝技術將硅光子與CMOS芯片緊密集成,可實現三大優勢:更低的功耗、更高的帶寬、更少的引腳數,
集成光電原型