英特尔展示光子学“第一”-八波长激光阵列

在过去的十年里，集成光子学领域的重要性显著增加。在数据速率和流量不断上升等趋势日益限制传统铜互连性能的情况下，光子学和集成光子学已成为网络基础设施的关键。

英特尔通过其英特尔实验室在光子学方面进行了大量投资。考虑到这一点，由于严格控制、高度集成的八波长激光器的演示，它最近在集成光子学领域迎来了业界第一。

 

8个微环形调制器和光波导的图示。图片由英特尔提供

 

最近，All About Circuits有机会与英特尔实验室高级首席工程师兼物理层研究实验室主任James Jaussi和英特尔实验室高级主工程师Haisheng Rong博士进行了交谈，以了解更多关于该公告的信息。

 

光子集成的必要性

随着电子行业趋向于更快的数据速率和更小的节点大小，该领域面临着许多令人担忧的趋势。

其中一个趋势是，由于铜的非理想性与不断增加的频率的耦合，导致更多的寄生，导致电互连性能限制的增加。正如Jaussi所解释的：

 

“研究光通信和光通信的一个动机是研究电接口的情况。随着时间的推移，每个封装的性能都在提高，封装的总功率也在增加。但I/O或接口从封装中逸出的功率增加速度正在加快。

这说明了现在正在发生的重要性和权衡：由于I/O功率的扩展速度不如每个包的功率增长速度快，因此这些功率可能会在某个点上交叉，这可以被称为功率墙。”

 

对许多人来说，通往未来能效提高、覆盖范围更长的I/O接口的道路很可能是将硅电路和光学器件并排集成在同一封装上。通过将CMOS和光子学结合到一个封装中，研究人员认为，他们可以直接解决传统铜互连的局限性，以提高整体带宽、能源效率和电路复杂性。

 

多波长激光器的集成

从高集成度中受益的一个重要光子应用是多波长激光器。

在互联网等通信应用中，最简单的光通信形式是使用由单波长激光TX/RX方案组成的单根光纤。然而，在实践中，随着带宽需求的增加，工程师们会将一组激光器放入一根光纤中，每个激光器由不同的波长组成。如今，长距离通信系统可以在单个光纤中使用几乎100个波长。

然而，当涉及到芯片对芯片通信时，这种方案变得非常难以实现。正如容解释的那样：

 

“当我们谈论芯片对芯片通信时，我们需要很多组件，实际上是数十亿个组件，如单独的激光器和调制器。最终，当我们使用传统技术时，成本是禁止的。集成将是向前发展的关键，我们很早就确定硅光子学技术将实现这一点。”

 

为了实现芯片间通信所需的集成光子学，英特尔实验室探索了使用密集波分复用（DWDM）技术的联合封装光学解决方案。这一策略显示出在显著减小光子芯片物理尺寸的同时增加带宽的前景。然而，到目前为止，一个主要的挑战是如何生产具有均匀波长间距和功率的DWDM光源。

 

英特尔的集成八波长激光器

今天，英特尔在该领域取得了重大进展，宣布成功演示了一种严格控制的集成八波长激光器。

 

8通道混合III-V/硅分布式反馈（DFB）激光器阵列示意图。图片由英特尔提供

 

光学解决方案是一个分布式反馈（DFB）激光阵列，它完全集成在硅片上，并在英特尔的300mm混合硅光子学平台上设计和制造。在这种情况下，英特尔在III-V晶片键合工艺之前使用先进的光刻技术在硅中定义波导光栅，与传统半导体激光器相比，可以实现更好的波长均匀性。正如容解释的那样：

 

“我们用八个波长间距非常均匀的激光器完成了这一激光区域，这真的很难实现。我们有独特的设计和制造技术，可以做其他人做不到的事情。我们在晶片上绑了一小块磷酸盐芯片，并对基片进行了平坦化和移除。结果是晶片上有一层非常薄的磷酸盐膜。”

 

其结果是，激光阵列有望提供+/-0.25dB的令人印象深刻的输出功率均匀性和±6.5%的波长间距均匀性，超过行业规范。

展望未来，英特尔相信其进步将有助于促进网络密集型工作负载，包括人工智能和机器学习。

 

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