Novidadess: A Intel Labs anuncia um avanço significativo em sua pesquisa de fotônica integrada – a próxima fronteira no aumento da largura de banda de comunicação entre o silício computacional em data centers e em redes. A pesquisa mais recente apresenta avanços líderes do setor em óptica integrada multiwavelength, incluindo a demonstração de um conjunto de laser de feedback distribuído de oito comprimentos de onda (DFB) que é totalmente integrado em um wafer de silício e oferece excelente uniformidade de energia de saída de +/- 0,25 decibéis (dB) e uniformidade de espaçamento de comprimento de onda de ±6,5% que excedem as especificações da indústria.
"Esta nova pesquisa demonstra que é possível alcançar um poder de saída bem combinado com comprimentos de onda uniformes e densamente espaçados. Mais importante, isso pode ser feito usando controles de fabricação e processos existentes nos fabs da Intel, garantindo assim um caminho claro para a produção de volume da óptica co-embalada de próxima geração e interconexão de computação óptica em escala."
O que isso significa: Esse avanço permitirá a produção da fonte óptica com o desempenho necessário para futuras aplicações de alto volume, como óptica co-embalada e interconexão de computação óptica para cargas de trabalho emergentes intensivas em rede, incluindo inteligência artificial (IA) e machine learning (ML). O conjunto de laser é construído sobre o processo de fabricação de fotônicos de silício de 300 milímetros da Intel para abrir caminho para fabricação de alto volume e implantação ampla.
Até 2025, o Gartner prevê que a fotônica de silício será usada em mais de 20% de todos os canais de comunicação de data center de alta largura de banda, acima de menos de 5% em 2020, e representará um mercado total disponível de US$ 2,6 bilhões. A crescente demanda por baixo consumo de energia, alta largura de banda e transferência de dados mais rápida está impulsionando a necessidade de fotônicas de silício para suportar aplicativos de data center e além.
Por que isso importa: As conexões ópticas começaram a substituir fios de cobre na década de 1980 devido à alta largura de banda inerente à transmissão de luz em fibras ópticas em vez de impulsos elétricos transmitidos através de fios metálicos. Desde então, a tecnologia tornou-se mais eficiente devido à redução do tamanho e custo dos componentes, levando a avanços nos últimos anos no uso de interconexões ópticas para soluções de rede, tipicamente em switches, data centers e outros ambientes de computação de alto desempenho.
Com o aumento das limitações de desempenho de interconexão elétrica, a integração de circuitos de silício e óptica lado a lado no mesmo pacote mantém a promessa de uma futura interface de entrada/saída (I/O) com maior eficiência energética e maior alcance. Essas tecnologias fotônicas foram alcançadas na fab da Intel usando tecnologias de processo existentes, o que se traduz em reduções de custos favoráveis da fabricação em larga escala.
As recentes soluções de óptica co-embaladas usando a densa tecnologia de multiplexing de divisão de comprimento de onda (DWDM) mostraram a promessa de aumentar a largura de banda, reduzindo significativamente o tamanho físico dos chips fotônicos. No entanto, tem sido muito difícil produzir fontes de luz DWDM com espaçamento uniforme de comprimento de onda e potência até agora.
Este novo avanço garante a separação consistente do comprimento de onda das fontes de luz, mantendo a potência de saída uniforme, resultando em atender a um dos requisitos para interconexão de computação óptica e comunicação DWDM. A próxima geração de I/O computacional usando interconexão óptica pode ser feita sob medida para as demandas extremas das cargas de trabalho de IA e ML de alta largura de banda de amanhã.
A ilustração mostra oito moduladores de microanéis e guia óptico de ondas. Cada modulador de micro-anéis é sintonizado a um comprimento de onda específico - ou "cor" de luz. Usando vários comprimentos de onda, cada micro-anel pode modular individualmente a luz para permitir uma comunicação independente. Este método de uso de múltiplos comprimentos de onda é chamado multiplexação de divisão de comprimento de onda. (Crédito: Intel Corporation)
A ilustração mostra o híbrido de oito canais III-V/silicon distributed feedback laser array. Esta inovação marca um avanço significativo nas capacidades de fabricação de laser multiwavelength em um fab de alto volume, demonstrando poder compatível e espaçamento uniforme.
Como funciona: O conjunto DFB de oito comprimentos de onda foi projetado e fabricado usando a plataforma comercial de silício fotônica híbrida de 300 mm da Intel, que é usada para fabricar transceptores ópticos de produção em volume. Esta inovação marca um avanço significativo nas capacidades de fabricação a laser em um fab de semicondutores complementares de óxido de metal (CMOS) de alto volume, utilizando a mesma tecnologia de litografia usada para fabricar wafers de silício de 300 mm com controle de processo apertado.
Para esta pesquisa, a Intel utilizou litografia avançada para definir as grades de guia de onda em silício antes do processo de ligação de wafer III-V. Esta técnica resultou em melhor uniformidade de comprimento de onda em comparação com os lasers convencionais de semicondutores fabricados em fabs de wafer III-V de 3 polegadas ou 4 polegadas. Além disso, devido à forte integração dos lasers, a matriz também mantém seu espaçamento de canal quando a temperatura ambiente é alterada.
O que vem a seguir: Pioneira da tecnologia fotônica de silício, a Intel está comprometida em desenvolver soluções para atender à crescente demanda por uma infraestrutura de rede mais eficiente e engenhosa. Os blocos de construção de tecnologia central em desenvolvimento incluem geração de luz, amplificação, detecção, modulação, circuitos de interface CMOS e tecnologias de integração de pacotes.
Além disso, muitos aspectos da tecnologia de matriz a laser integrada de oito comprimentos de onda estão sendo implementados pela Divisão de Produtos fotônicos de silício da Intel como parte de um futuro produto de chiplet de computação óptica. O próximo produto oferecerá multi-terabits de alto desempenho e eficiência energética por segundo entre recursos de computação, incluindo CPUs, GPUs e memória. O conjunto de laser integrados é um elemento crítico para alcançar uma solução compacta e econômica que suporte a fabricação e implantação de alto volume.
Mais Contexto: Fotônica Integrada