Intel Labs kondigt een belangrijke vooruitgang aan in zijn onderzoek naar geïntegreerde fotonica – de volgende grens in het verhogen van de communicatiebandbreedte tussen computersilicium in datacenters en over netwerken heen. Het nieuwste onderzoek omvat toonaangevende ontwikkelingen op het gebied van geïntegreerde optica met meerdere golflengten, waaronder de demonstratie van een laserarray met acht golflengten met gedistribueerde terugkoppeling (DFB) die volledig is geïntegreerd op een siliciumwafer en een uitstekend uniform uitgangsvermogen levert van +/- 0,25 decibel (dB) en een uniforme golflengteafstand van ±6,5% die de specificaties van de industrie overtreffen.
Haisheng Rong, senior hoofdingenieur bij Intel Labs: “Dit nieuwe onderzoek toont aan dat het mogelijk is om een goed afgestemd uitgangsvermogen te bereiken met uniforme en dicht bij elkaar liggende golflengtes. Het belangrijkste is dat dit kan worden gedaan met bestaande productie- en procescontroles in Intels fabrieken, waardoor er een duidelijk pad is naar volumeproductie van de volgende generatie co-packaged optica en optische computerinterconnectie op schaal.”
Deze vooruitgang zal de productie mogelijk maken van de optische bron met de vereiste prestaties voor toekomstige toepassingen in grote volumes, zoals co-packaged optica en optische computerinterconnectie voor opkomende netwerkintensieve werklasten, waaronder kunstmatige intelligentie (AI) en machinelearning (ML). De laserarray is gebouwd op Intels 300-millimeter silicium fotonica fabricageproces om de weg vrij te maken voor hoog-volume fabricage en brede inzetbaarheid.
Gartner voorspelt dat silicium fotonica in 2025 zal worden gebruikt in meer dan 20% van alle hoge-bandbreedte datacenter communicatiekanalen, vergeleken met minder dan 5% in 2020, en een totale beschikbare markt van $ 2,6 miljard zal vertegenwoordigen. De groeiende vraag naar laag stroomverbruik, hoge bandbreedte en snellere gegevensoverdracht drijft de behoefte aan silicium fotonica aan ter ondersteuning van datacenter toepassingen en daarbuiten.
Waarom het belangrijk is: Optische verbindingen begonnen in de jaren tachtig koperdraden te vervangen vanwege de inherente hoge bandbreedte van lichttransmissie in optische vezels in plaats van elektrische impulsen die door metalen draden worden verzonden. Sindsdien is de technologie efficiënter geworden door de kleinere omvang en de lagere kosten van de componenten. Dit heeft de afgelopen jaren geleid tot doorbraken in het gebruik van optische interconnecties voor netwerkoplossingen, met name in switches, datacenters en andere omgevingen voor krachtige computers.
Nu de prestatiebeperkingen van elektrische interconnecties steeds groter worden, houdt de integratie van siliciumschakelingen en optica naast elkaar op hetzelfde pakket de belofte in van een toekomstige input/output (I/O)-interface met verbeterde energie-efficiëntie en groter bereik. Deze fotonische technologieën werden gerealiseerd in Intels fabriek met gebruikmaking van bestaande procestechnologieën, wat zich vertaalt in gunstige kostenbesparingen bij grootschalige fabricage.
Recente co-packaged optische oplossingen die gebruik maken van DWDM-technologie (Dense Wavelength Division Multiplexing) hebben de belofte laten zien van een grotere bandbreedte terwijl de fysieke omvang van fotonische chips aanzienlijk wordt verkleind. Tot nu toe was het echter zeer moeilijk om DWDM-lichtbronnen met uniforme golflengteafstand en uniform vermogen te produceren.
Deze nieuwe vooruitgang zorgt voor een consistente golflengtescheiding van lichtbronnen met behoud van een uniform uitgangsvermogen, waardoor wordt voldaan aan een van de eisen voor optische computerinterconnectie en DWDM-communicatie. De volgende generatie computer-I/O met optische interconnectie kan op maat worden gemaakt voor de extreme eisen van de AI- en ML-workloads met hoge bandbreedte van morgen.
De DFB-reeks met acht golflengten werd ontworpen en vervaardigd met behulp van Intels commerciële 300 mm hybride silicium fotonica-platform, dat wordt gebruikt voor de productie van optische zendontvangers in volume. Deze innovatie betekent een aanzienlijke vooruitgang in de mogelijkheden van laserproductie in een CMOS-fabriek (complementaire metaaloxidehalfgeleider) door gebruik te maken van dezelfde lithografietechnologie die wordt gebruikt om 300-mm-siliciumplakken met een strikte procesbeheersing te vervaardigen.
Link magazine special Southern Netherlands. Theme: High-Tech the Netherlands.
Voor dit onderzoek gebruikte Intel geavanceerde lithografie om de waveguide gratings in silicium te definiëren vóór het III-V wafer bonding-proces. Deze techniek resulteerde in een betere golflengte-uniformiteit in vergelijking met conventionele halfgeleiderlasers die in 3-inch of 4-inch III-V-wafer-fabrieken worden vervaardigd. Dankzij de hechte integratie van de lasers behoudt de array bovendien zijn kanaalafstand wanneer de omgevingstemperatuur wordt gewijzigd.
Wat is de volgende stap? Als pionier op het gebied van silicium fotonicatechnologie zet Intel zich in voor de ontwikkeling van oplossingen om te voldoen aan de groeiende vraag naar een efficiëntere en zuinigere netwerkinfrastructuur. Tot de belangrijkste technologische bouwstenen die momenteel worden ontwikkeld, behoren lichtgeneratie, versterking, detectie, modulatie, CMOS-interfaceschakelingen en technologieën voor pakketintegratie.
Bovendien worden veel aspecten van de geïntegreerde laserarray-technologie met acht golflengten geïmplementeerd door Intels divisie Silicon Photonics Products als onderdeel van een toekomstig product voor optische computerinterconnectiechiplet. Het toekomstige product zal energie-efficiënte, krachtige multi-terabits per seconde interconnectie bieden tussen computerbronnen, waaronder CPU’s, GPU’s en geheugen. De geïntegreerde laser-array is een kritisch element om tot een compacte en kosteneffectieve oplossing te komen die de productie en toepassing van grote volumes ondersteunt.
