光子+電子合體!Intel把它們縮小了1000倍

傳統半導體都是基於硅、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」的願景,向著實現將光子與低成本、大容量的硅晶片進行集成的長期願景又邁進了一步。

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,可在獨立的硅晶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乙太網交換機,1.6Tbps的硅光引擎與12.8Tbps的可編程乙太網交換機合二為一。

光子+電子合體!Intel把它們縮小了1000倍

Intel表示,在如今的伺服器、數據中心裡,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。

隨著計算頻寬需求的不斷增長,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功耗牆」,限制了計算運行的可用能源。

而通過在伺服器和封裝中直接引入光互連I/O,Intel打破了這一限制。

光子+電子合體!Intel把它們縮小了1000倍

Intel今天重點展示了硅光子技術在關鍵技術構建模組方面的重大進展,這也是Intel集成光電研究的基礎,包括光的產生、放大、檢測、調製、CMOS介面電路、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晶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倍的微型環調製器,不再像傳統伺服器封裝那樣需要上百個類似元件。

在歷史上,Intel也是第一家將集成雷射器、半導體光學放大器、全硅光電探測器、微型環調製器集成在一個與CMOS硅緊密集成的單個技術平台上,為集成光電技術的擴展奠定了基礎。  

光子+電子合體!Intel把它們縮小了1000倍
硅光電基礎模組

光子+電子合體!Intel把它們縮小了1000倍
硅光電集成

匯總來說,Intel構建模組的關鍵技術包括:

微型環調製器(micro-ring modulators):

傳統的晶片調製器佔用面積太大,並且IC封裝的成本很高,Intel的微型環調製器則將尺寸縮小了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:

使用與集成雷射器相同的材料,可降低總功耗。

集成多波長雷射器(Integrated multi-wavelength lasers):

使用波分復用技術,可將來自同一雷射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,增加頻寬密度。 

集成:

使用先進的封裝技術將硅光子與CMOS晶片緊密集成,可實現三大優勢:更低的功耗、更高的頻寬、更少的引腳數。

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集成光電原型