Qué hay nuevo: Intel Labs anuncia un avance significativo en su investigación fotónica integrada, la próxima frontera en el aumento del ancho de banda de comunicación entre el silicio de cómputo en centros de datos y en todas las redes. La última investigación presenta avances líderes en la industria en óptica integrada de longitud de onda múltiple, incluida la demostración de una matriz láser de retroalimentación distribuida (DFB) de ocho longitudes de onda que está completamente integrada en una oblea de silicio y ofrece una excelente uniformidad de potencia de salida de +/- 0.25 decibelios (dB) y una uniformidad de espaciado de longitud de onda de ±6.5% que excede las especificaciones de la industria.
"Esta nueva investigación demuestra que es posible lograr una potencia de salida bien emparejada con longitudes de onda uniformes y densamente espaciadas. Lo más importante es que esto se puede hacer utilizando los controles de fabricación y proceso existentes en las fábricas de Intel, lo que garantiza un camino claro hacia la producción en volumen de la óptica empaquetada de próxima generación y la interconexión de computación óptica a escala".
Qué significa: Este avance permitirá la producción de la fuente óptica con el rendimiento requerido para futuras aplicaciones de alto volumen, como la óptica coempaquetada y la interconexión de computación óptica para cargas de trabajo emergentes intensivas en red, incluida la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático (ML). La matriz láser se basa en el proceso de fabricación de fotónica de silicio de 300 milímetros de Intel para allanar el camino para la fabricación de alto volumen y una amplia implementación.
Para 2025, Gartner pronostica que la fotónica de silicio se utilizará en más del 20% de todos los canales de comunicaciones de centros de datos de alto ancho de banda, frente a menos del 5% en 2020, y representará un mercado total disponible de $ 2.6 mil millones. La creciente demanda de bajo consumo de energía, alto ancho de banda y transferencia de datos más rápida está impulsando la necesidad de fotónica de silicio para admitir aplicaciones de centros de datos y más allá.
Por qué es importante: Las conexiones ópticas comenzaron a reemplazar los cables de cobre en la década de 1980 debido al alto ancho de banda inherente de la transmisión de luz en las fibras ópticas en lugar de los impulsos eléctricos transmitidos a través de cables metálicos. Desde entonces, la tecnología se ha vuelto más eficiente debido a la reducción del tamaño y el costo de los componentes, lo que ha llevado a avances en los últimos años en el uso de interconexiones ópticas para soluciones de red, generalmente en conmutadores, centros de datos y otros entornos informáticos de alto rendimiento.
Con el aumento de las limitaciones de rendimiento de la interconexión eléctrica, la integración de circuitos de silicio y óptica uno al lado del otro en el mismo paquete promete una futura interfaz de entrada / salida (E / S) con una eficiencia energética mejorada y un mayor alcance. Estas tecnologías fotónicas se lograron en la fábrica de Intel utilizando tecnologías de proceso existentes, lo que se traduce en reducciones de costos favorables de fabricación a gran escala.
Las recientes soluciones ópticas coempaquetadas que utilizan la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) han demostrado la promesa de aumentar el ancho de banda al tiempo que reducen significativamente el tamaño físico de los chips fotónicos. Sin embargo, ha sido muy difícil producir fuentes de luz DWDM con un espaciado y potencia de longitud de onda uniformes hasta ahora.
Este nuevo avance garantiza una separación constante de la longitud de onda de las fuentes de luz al tiempo que mantiene una potencia de salida uniforme, lo que resulta en el cumplimiento de uno de los requisitos para la interconexión de computación óptica y la comunicación DWDM. La próxima generación de E/S de cómputo que utilizan interconexión óptica se puede adaptar a las demandas extremas de las cargas de trabajo de IA y ML de alto ancho de banda del mañana.
La ilustración muestra ocho moduladores de microanillos y una guía de onda óptica. Cada modulador de microanillo está sintonizado a una longitud de onda específica, o "color" de la luz. Mediante el uso de múltiples longitudes de onda, cada microanillo puede modular individualmente la luz para permitir una comunicación independiente. Este método de usar múltiples longitudes de onda se llama multiplexación por división de longitud de onda. (Crédito: Intel Corporation)
La ilustración muestra la matriz láser de retroalimentación distribuida III-V/silicio híbrida de ocho canales. Esta innovación marca un avance significativo en las capacidades de fabricación de láser de longitud de onda múltiple en una fábrica de alto volumen al demostrar una potencia y un espaciado uniformes.
Cómo funciona: La matriz DFB de ocho longitudes de onda fue diseñada y fabricada utilizando la plataforma fotónica de silicio híbrida comercial de 300 mm de Intel, que se utiliza para fabricar transceptores ópticos de producción en volumen. Esta innovación marca un avance significativo en las capacidades de fabricación láser en una fábrica de semiconductores de óxido de metal (CMOS) complementaria de alto volumen al utilizar la misma tecnología de litografía utilizada para fabricar obleas de silicio de 300 mm con un estricto control del proceso.
Para esta investigación, Intel utilizó litografía avanzada para definir las rejillas de guía de onda en silicio antes del proceso de unión de obleas III-V. Esta técnica dio como resultado una mejor uniformidad de longitud de onda en comparación con los láseres semiconductores convencionales fabricados en fábricas de obleas III-V de 3 o 4 pulgadas o menos. Además, debido a la estrecha integración de los láseres, la matriz también mantiene su espaciado de canales cuando se cambia la temperatura ambiente.
Lo que sigue: Como pionero de la tecnología fotónica de silicio, Intel se compromete a desarrollar soluciones para satisfacer la creciente demanda de una infraestructura de red más eficiente e ingeniosa. Los bloques de construcción de la tecnología central en desarrollo incluyen generación de luz, amplificación, detección, modulación, circuitos de interfaz CMOS y tecnologías de integración de paquetes.
Además, muchos aspectos de la tecnología de matriz láser integrada de ocho longitudes de onda están siendo implementados por la División de Productos de Fotónica de Silicio de Intel como parte de un futuro producto de chiplet de interconexión de cómputo óptico. El próximo producto ofrecerá una interconexión de varios terabits por segundo de alto rendimiento y eficiencia energética entre los recursos informáticos, incluidas las CPU, las GPU y la memoria. La matriz láser integrada es un elemento crítico para lograr una solución compacta y rentable que admita la fabricación e implementación de alto volumen.
Más contexto: Fotónica integrada