英特爾在集成光電技術方面取得快速進展

英特爾資深首席工程師，英特爾研究院PHY 研究實驗室主任James Jaussi 表示：

“我們正在靠近I/O功耗墻（Power Wall）和I/O帶寬鴻溝，這將嚴重阻礙性能擴展。英特爾在集成光電技術方面所取得的快速進展，將讓業(yè)界能夠重新構想通過光來連接的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡和架構。目前，我們已經(jīng)展示了與CMOS芯片緊密集成的一個硅芯片平臺上所有關鍵的光學技術構建模塊。我們將光子技術與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)為中心的工作負載每天都在增長，隨著服務器間的數(shù)據(jù)移動不斷增加，對當今的網(wǎng)絡基礎架構提出了新的挑戰(zhàn)。行業(yè)正在迅速接近電氣I/O性能的實際極限。隨著計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”，限制了計算運行的可用能源。通過在服務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。

在今天的英特爾研究院活動上，英特爾展示了在關鍵技術構建模塊方面的重大進展，這些構建模塊是英特爾集成光電研究的基礎。這些技術構建模塊包括光的產(chǎn)生、放大、檢測、調(diào)制、互補金屬氧化物半導體（CMOS）接口電路以及封裝集成，對于實現(xiàn)集成光電至關重要。此次活動中展示的原型將光子技術與CMOS技術進行了緊密結合，這是未來光子技術與核心計算芯片完全集成的一次概念驗證。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引入服務器封裝中的障礙，服務器封裝需要集成一百個這樣的器件。所有上述進展為硅光子的擴展應用奠定了基礎，這些應用不僅限于網(wǎng)絡上層，而且還包括服務器內(nèi)部以及今后的服務器封裝。

構造模塊關鍵技術包括：

·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)界一直認為硅實際上沒有光檢測功能。英特爾展示的研究結果證明事實并非如此。這一突破的一大好處就是讓成本更低。

·集成半導體光學放大器：由于我們致力于降低總功耗，因此集成半導體光學放大器必不可少。該設備通過使用與集成激光器相同的材料實現(xiàn)。

·集成多波長激光器（Integrated multi-wavelength lasers）：使用一種稱為波分復用（wavelength division multiplexing）的技術，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：使用先進的封裝技術將硅光子與CMOS芯片緊密集成，可實現(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平臺上，展示了將多波長激光器、半導體光學放大器、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。這項研究突破為集成光電技術的擴展奠定了基礎。

英特爾多年前提出宏大的目標，讓光作為連接技術的基礎。本次活動展示的集成光電技術研究即是向這一目標邁進所取得的意義深遠的進展。這項新的研究開啟了更多的可能性，包括更為分散的未來架構，多個功能模塊，如計算、內(nèi)存、加速器和外圍設備將遍布整個網(wǎng)絡，并在高速和低延遲鏈路中通過光學技術和軟件互連。
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