英特爾研究院公布集成光電研究新進(jìn)展

  英特爾研究院宣布其集成光電研究取得重大進(jìn)展，這是提高數據中心內和跨數據中心計算芯片互聯(lián)帶寬的下一個(gè)前沿領(lǐng)域。這一最新研究在多波長(cháng)集成光學(xué)領(lǐng)域取得了業(yè)界領(lǐng)先的進(jìn)展，展示了完全集成在硅晶圓上的八波長(cháng)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(cháng)間隔均勻性到達±6.5%，均優(yōu)于行業(yè)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(cháng)和良好適配的輸出功率是可以同時(shí)實(shí)現的，最重要的是，能夠利用英特爾晶圓廠(chǎng)現有的生產(chǎn)和制程控制技術(shù)做到這一點(diǎn)。因此，它為下一代光電共封裝和光互連器件的量產(chǎn)提供了一條清晰的路徑。

  利用這一新進(jìn)展生產(chǎn)的光源將具備未來(lái)大規模應用所需的性能，如可用于那些處理AI和機器學(xué)習等新興網(wǎng)絡(luò )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(chǎn)和廣泛部署鋪平了道路。

  據Gartner預測，到2025年，超過(guò)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(chǎng)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(lái)了硅光子需求的同步增長(cháng)，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(kāi)始取代銅線(xiàn)，是因為光纖中固有的高帶寬光傳輸優(yōu)于通過(guò)金屬線(xiàn)纜傳輸的電脈沖。從那時(shí)起，由于組件尺寸和成本的降低，光纖技術(shù)變得更加高效，促成了過(guò)去幾年里光互連網(wǎng)絡(luò )解決方案的突破性進(jìn)展，這些進(jìn)展通常用于交換機、數據中心和其他高性能計算環(huán)境。

  隨著(zhù)電氣互連性能逐漸接近實(shí)際極限，將硅電路和光學(xué)器件并排集成在同一封裝上，有望在未來(lái)提高輸入/輸出（I/O）接口的能源效率，延長(cháng)其傳輸距離。這些光子技術(shù)是在英特爾晶圓廠(chǎng)中使用現有制程技術(shù)實(shí)現的，這意味著(zhù)在實(shí)現大規模生產(chǎn)后，其成本將會(huì )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(shù)，展現了在增加帶寬的同時(shí)顯著(zhù)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(cháng)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(jìn)展則確保了光源在保持波長(cháng)分隔一致性的同時(shí)有均勻的輸出功率，滿(mǎn)足了光計算互聯(lián)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(lái)AI和機器學(xué)習工作負載的極高帶寬需求進(jìn)行定制。

  8個(gè)微環(huán)調制器和光波導。每個(gè)微環(huán)調制器都被調節到特定的波長(cháng)（或者說(shuō)“光色”）。

利用多波長(cháng)，每個(gè)微環(huán)都可單獨調制光波，以實(shí)現獨立通信。這種使用多個(gè)波長(cháng)的方法就叫做波分復用。

  八波長(cháng)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(chǎn)光收發(fā)器?；谂c制造300 mm硅晶圓相同的，嚴格制程控制下的光刻技術(shù)，此項創(chuàng )新實(shí)現了大型CMOS晶圓廠(chǎng)激光器制造能力的重大飛躍。

  通道III-V族/硅混合分布式反饋激光器陣列。通過(guò)實(shí)現匹配功率和均勻波長(cháng)間隔，這一創(chuàng )新標志著(zhù)大型晶圓廠(chǎng)量產(chǎn)多波長(cháng)激光器能力的重大飛躍。

8通道III-V族/硅混合分布式反饋激光器陣列。

通過(guò)實(shí)現匹配功率和均勻波長(cháng)間隔，這一創(chuàng )新標志著(zhù)大型晶圓廠(chǎng)量產(chǎn)多波長(cháng)激光器能力的重大飛躍。

  在這項研究中，英特爾使用了先進(jìn)的光刻技術(shù)，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(chǎng)制造的普通半導體激光器相比，這項技術(shù)提高了波長(cháng)均勻性。此外，由于激光器的高密度集成，陣列在環(huán)境溫度改變時(shí)也能保持通道間距的穩定。

  未來(lái)，作為硅光子技術(shù)的先鋒，英特爾將繼續致力于研究各類(lèi)解決方案，以滿(mǎn)足日益增長(cháng)的對效率更高、功能更全面的網(wǎng)絡(luò )基礎設施的需求。目前，英特爾正在開(kāi)發(fā)的集成光電關(guān)鍵構建模塊包括光的產(chǎn)生、放大、檢測、調制、CMOS接口電路和封裝集成。

  此外，八波長(cháng)集成激光器陣列制造技術(shù)的許多方面正被英特爾的硅光子產(chǎn)品部門(mén)（Silicon Photonics Products Division）用于打造未來(lái)的光互連芯粒。這一即將推出的產(chǎn)品將在包括CPU、GPU和內存在內的各種計算資源之間，實(shí)現低功耗、高性能、太比特每秒（multi-terabits per second）的互連。對實(shí)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(guān)鍵。