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英特爾推動(dòng)集成光電的發(fā)展，將用于數(shù)據(jù)中心

2020-12-12 08:04:56 英特爾

點(diǎn)擊關(guān)注->創(chuàng)芯網(wǎng)公眾號，后臺(tái)告知EETOP論壇用戶名，獎(jiǎng)勵(lì)200信元

近日，在英特爾研究院開放日上，英特爾著重闡述了其業(yè)界領(lǐng)先的技術(shù)進(jìn)步，向?qū)崿F(xiàn)將光子與低成本、大容量的硅芯片進(jìn)行集成的長期愿景又邁進(jìn)了一步。這些進(jìn)步代表著光互連領(lǐng)域的關(guān)鍵進(jìn)展，它們解決了電氣輸入/輸出（I/O）性能擴(kuò)展上與日俱增的挑戰(zhàn)——目前需要大量數(shù)據(jù)計(jì)算的工作負(fù)載已經(jīng)讓數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)流量不堪重負(fù)。英特爾展示了包括微型化在內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)建模塊的多項(xiàng)進(jìn)展，為光學(xué)和硅技術(shù)的更緊密集成奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

英特爾資深首席工程師，英特爾研究院PHY 研究實(shí)驗(yàn)室主任James Jaussi 表示：

“我們正在靠近I/O功耗墻(Power Wall)和I/O帶寬鴻溝，這將嚴(yán)重阻礙性能擴(kuò)展。英特爾在集成光電技術(shù)方面所取得的快速進(jìn)展，將讓業(yè)界能夠重新構(gòu)想通過光來連接的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和架構(gòu)。目前，我們已經(jīng)展示了與CMOS芯片緊密集成的一個(gè)硅芯片平臺(tái)上所有關(guān)鍵的光學(xué)技術(shù)構(gòu)建模塊。我們將光子技術(shù)與CMOS硅芯片緊密集成的研究，能夠系統(tǒng)地消除成本、能源和尺寸限制方面的障礙，以便為服務(wù)器封裝賦予光互連的變革性能力。”

在數(shù)據(jù)中心里，新的以數(shù)據(jù)為中心的工作負(fù)載每天都在增長，隨著服務(wù)器間的數(shù)據(jù)移動(dòng)不斷增加，對當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)。行業(yè)正在迅速接近電氣I/O性能的實(shí)際極限。隨著計(jì)算帶寬需求不斷增長，電氣I/O的規(guī)模無法保持同步增長，從而形成了“I/O功耗墻”，限制了計(jì)算運(yùn)行的可用能源。通過在服務(wù)器和封裝中直接引入光互連I/O，我們就能打破這一限制，讓數(shù)據(jù)更有效地移動(dòng)。

在英特爾研究院活動(dòng)上，英特爾展示了在關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)建模塊方面的重大進(jìn)展，這些構(gòu)建模塊是英特爾集成光電研究的基礎(chǔ)。這些技術(shù)構(gòu)建模塊包括光的產(chǎn)生、放大、檢測、調(diào)制、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）接口電路以及封裝集成，對于實(shí)現(xiàn)集成光電至關(guān)重要。此次活動(dòng)中展示的原型將光子技術(shù)與CMOS技術(shù)進(jìn)行了緊密結(jié)合，這是未來光子技術(shù)與核心計(jì)算芯片完全集成的一次概念驗(yàn)證。英特爾還展示了比傳統(tǒng)組件小1000倍的微型環(huán)調(diào)制器。一直以來，傳統(tǒng)芯片調(diào)制器的大尺寸和高成本都是將光技術(shù)引入服務(wù)器封裝中的障礙，服務(wù)器封裝需要集成一百個(gè)這樣的器件。所有上述進(jìn)展為硅光子的擴(kuò)展應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，這些應(yīng)用不僅限于網(wǎng)絡(luò)上層，而且還包括服務(wù)器內(nèi)部以及今后的服務(wù)器封裝。

構(gòu)造模塊關(guān)鍵技術(shù)包括：
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微型環(huán)調(diào)制器（micro-ring modulators）：傳統(tǒng)的芯片調(diào)制器占用面積太大，并且放置于IC封裝的成本很高。英特爾開發(fā)的微型環(huán)調(diào)制器，將調(diào)制器尺寸縮小了1000倍以上，從而消除了將硅光子集成到計(jì)算封裝中的主要障礙。
全硅光電檢測器（all silicon photo detector）：數(shù)十年來，業(yè)界一直認(rèn)為硅實(shí)際上沒有光檢測功能。英特爾展示的研究結(jié)果證明事實(shí)并非如此。這一突破的一大好處就是讓成本更低。
集成半導(dǎo)體光學(xué)放大器：由于我們致力于降低總功耗，因此集成半導(dǎo)體光學(xué)放大器必不可少。該設(shè)備通過使用與集成激光器相同的材料實(shí)現(xiàn)。
集成多波長激光器（Integrated multi-wavelength lasers）：使用一種稱為波分復(fù)用（wavelength division multiplexing）的技術(shù)，可以將來自同一激光的不同波長用在同一光束中傳輸更多數(shù)據(jù)。這樣就能使用單根光纜來傳輸額外數(shù)據(jù)，從而增加了帶寬密度。
集成：使用先進(jìn)的封裝技術(shù)將硅光子與CMOS芯片緊密集成，可實(shí)現(xiàn)三大優(yōu)勢：(1)更低的功耗、(2)更高的帶寬和(3)更少的引腳數(shù)（pin count）。英特爾是唯一一家在與CMOS芯片緊密集成的單一技術(shù)平臺(tái)上，展示了將多波長激光器、半導(dǎo)體光學(xué)放大器、全硅光電檢測器以及微型環(huán)調(diào)制器集成到一起的公司。這項(xiàng)研究突破為集成光電技術(shù)的擴(kuò)展奠定了基礎(chǔ)。

英特爾多年前提出宏大的目標(biāo)，讓光作為連接技術(shù)的基礎(chǔ)。本次活動(dòng)展示的集成光電技術(shù)研究即是向這一目標(biāo)邁進(jìn)所取得的意義深遠(yuǎn)的進(jìn)展。這項(xiàng)新的研究開啟了更多的可能性，包括更為分散的未來架構(gòu)，多個(gè)功能模塊，如計(jì)算、內(nèi)存、加速器和外圍設(shè)備將遍布整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并在高速和低延遲鏈路中通過光學(xué)技術(shù)和軟件互連。