英特爾實驗室公布集成光子學研究新進展

圖中顯示了八個微環調制器和光波導。每個微環調制器都調諧到特定的波長或光的“顏色”。通過使用多個波長，每個微環可以單獨調制光以實現獨立通信。這種使用多個波長的方法稱為波分複用。

（圖片來源：英特爾公司）

最近，英特爾實驗室宣布在集成光電研究方面取得了重大進展。

在集成光電領域，提高數據中心和跨網絡計算芯片之間的通信帶寬是重要前沿方向，英特爾在多波長集成光學領域取得了業界領先進展，他們展示了完全集成在矽晶圓上的八波長分布式反饋（DFB）激光器陣列，其輸出功率均勻性達到+/- 0.25分貝，波長間隔均勻性到達±6.5%，均優於行業規範。

英特爾錶示，這項新的研究錶明，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，利用英特爾晶圓廠現有的生產和工藝控制技術，下一代光電共封裝和光互連器件有望實現量產。

這一進步將使生產的光源滿足未來大批量應用所需的性能，如可用於處理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。

英特爾提到，預計到2025年，超過20%的數據中心高帶寬通道將使用矽光子技術，而在2020年這一比例還不到5%，未來總市場規模將達到26億美元。伴隨低功耗、高帶寬和快速數據傳輸的需求不斷增長，矽光子技術需求也將同步增長，從而支持數據中心及其他應用。

回顧20世紀80年代，科學家證實了光纖中固有的高帶寬光傳輸性能優於通過金屬線纜的電脈沖傳輸，光連接方式開始取代金屬線纜。從那時起，組件尺寸縮小和成本不斷降低，光纖技術的效率也隨之提昇，促成了過去幾年裏光互連網絡解决方案實現突破性進展。這些技術進步在交換機、數據中心和其他高性能計算環境中較為常見。

現在，隨著電氣互連性能逐漸接近實際極限，將矽電路和光學器件並排集成在同一封裝中，有望在未來提高輸入/輸出（I/O）接口的能源效率，延長其覆蓋範圍。

最新的光電共封裝解决方案采用密集波分複用（DWDM）技術，可在增加帶寬的同時又能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複用光源還非常困難。

英特爾實現了光源的波長間隔一致性、輸出功率均勻性，滿足了光計算互聯和DWDM通信的需求。基於英特爾商用300mm混合矽光子平臺，英特爾設計和制造的八波長DFB陣列，使用先進的光刻技術，在III-V族晶圓鍵合工藝前完成了矽片中波導光栅的配置。與在3 英寸或4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，由於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。

此項創新意味著互補金屬氧化物半導體（CMOS）晶圓量產制造能力實現了飛躍。

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。當前，英特爾的矽光子產品部門已將八波長集成激光器陣列制造技術應用於打造未來的光互連芯粒，以在CPU、GPU和內存等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。

原文鏈接：

https://www.hpcwire.com/off-the-wire/intel-labs-announces-integrated-photonics-research-advancement/

文：英特爾

編譯：李每

編輯：慕一

注：本文編譯自“HPC Wire”，不代錶量子前哨觀點。