北京
集成光子学研究是增加数据中心和跨网络计算之间通信带宽的下一个应用前沿。英特尔最新发布的研究成果显示其在多波长集成光学领域取得了行业领先的进展，包括演示了完全集成在硅片上的八波长分布式反馈(DFB)激光阵列，提供了卓越的输出功率均匀性，+/- 0.25分贝(dB)和超过行业规格的±6.5%的波长间距均匀性。
英特尔实验室高级首席工程师荣海生说:“这项新研究表明，用均匀且密集间隔的波长实现匹配良好的输出功率是可能的。最重要的是，这可以利用英特尔实验室现有的制造和过程控制来实现，从而确保下一代共封装光学和光计算互连的大规模批量生产的明确路径。”
这一进步将使未来大容量应用所需的性能得到保障，例如共封装光学和光计算互连，用于包括人工智能(AI)和机器学习(ML)在内的新兴网络密集工作负载。该激光器阵列基于英特尔的300毫米硅光子学制造工艺，为大规模生产和广泛部署铺平了道路。
Gartner预测，到2025年，硅光子将被用于20%以上的高带宽数据中心通信通道，而2020年这一比例还不到5%，这将代表26亿美元的可用市场总额。对低功耗、高带宽和更快的数据传输的需求不断增长，推动了对硅光子学的需求，以支持数据中心应用和其他领域。
上图显示了8个微环调制器和光波导。每个微环调制器被调谐到特定的波长——或光的“颜色”。通过使用多个波长，每个微环可以单独调制光，从而实现独立通信。这种使用多个波长的方法被称为波分复用。来源:英特尔公司
20世纪80年代，光纤传输光的固有高带宽优势逐渐取代通过金属线传输的电脉冲，光纤连接开始取代铜线。从那时起，组件尺寸和成本的降低，该技术变得更加高效。过去几年在网络解决方案中使用光互连取得了突破，通常用于交换机、数据中心和其他高性能计算环境。
随着电气互连性能限制的上升，将硅电路和光学电路同时集成在同一个封装上有望实现未来的输入/输出(I/O)接口，提高能源效率和更长的覆盖范围。这些光子技术是在英特尔的晶片厂使用现有的工艺技术实现的，大规模生产将转化为有利的成本降低。
最近使用密集波分复用(DWDM)技术的共封装光学解决方案已经显示出增加带宽的希望，同时显著减少光子芯片的物理尺寸。然而，迄今为止，要制造出波长间距和功率均匀的DWDM光源是非常困难的。
最新发布的这一进展确保了光源波长分离的一致性，同时保持了均匀的输出功率，从而满足光计算互连和DWDM通信的要求。使用光互连的下一代计算I/O可以为未来高带宽AI和ML工作负载的极端需求量身定制。
8波长DFB阵列的设计和制造采用了英特尔的商业300毫米混合硅光子平台，该平台用于批量生产光收发器。这一创新标志着在CMOS晶圆厂利用相同的光刻技术，严格过程控制下制造300毫米硅晶圆的激光制造能力的重大进步。
在这项研究中，英特尔使用先进的光刻技术在III-V晶圆键合工艺之前定义硅波导光栅。与在3英寸或4英寸III-V晶圆厂制造的传统半导体激光器相比，这种技术带来了更好的波长均匀性。此外，由于激光器的紧密集成，当环境温度发生变化时，阵列也能保持其通道间距。
作为硅光子学技术的先驱，英特尔致力于开发解决方案，以满足日益增长的对更高效和更灵活的网络基础设施的需求。正在开发的核心技术模块包括光产生、放大、检测、调制、CMOS接口电路和封装集成技术。
此外，8波长DFB技术还将在许多方面产生效益，如今正在由英特尔的硅光子学产品部实施，作为未来光计算互连芯片式产品的一部分。即将推出的产品将提供低功耗、高性能的每秒多TB计算资源之间的互连，包括CPU、GPU和内存。
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