英特爾實(shí)驗室 展示嚴控8波長(cháng)鐳射數組

英特爾實(shí)驗室宣布在整合光子研究取得重大進(jìn)展，這是提升數據中心運算芯片之間以及整體網(wǎng)絡(luò )通訊帶寬的下個(gè)技術(shù)疆界。最新研究以領(lǐng)先業(yè)界步伐的多波長(cháng)整合光學(xué)為其特色，包含展示一款全面整合至硅晶圓的8波長(cháng)分布式回饋（DFB）鐳射數組，提供十分良好的±0.25分貝（dB）輸出功率均一性，以及超越業(yè)界規范的±6.5％波長(cháng)間距均一性。

英特爾實(shí)驗室資深技術(shù)總監榮海生表示，這項新研究展示出達成良好的匹配輸出功率的可能性，以及均一且高密度的波長(cháng)間距。更重要的是，它可以透過(guò)英特爾晶圓廠(chǎng)現有的制造與制程控制來(lái)完成，為下一代共同封裝光學(xué)和光學(xué)運算互連的大量生產(chǎn)制造提供一個(gè)清晰的方向。

此項進(jìn)展能夠制造出具備未來(lái)大量應用所需效能的光源，例如針對人工智能（AI）和機器學(xué)習（ML）等新興網(wǎng)絡(luò )密集工作負載的共同封裝光學(xué)和光學(xué)運算互連。該鐳射數組以英特爾的12吋硅光子制程制造，并為未來(lái)大規模生產(chǎn)制造和廣泛部署做好準備。

Gartner預估，硅光子占據所有高帶寬數據中心通訊頻道的比例，將從2020年不到5％提升至2025年的20％以上，整體潛在市場(chǎng)規模達26億美元。低功耗、高帶寬和更高速的數據傳輸需求正在不斷成長(cháng)，驅動(dòng)著(zhù)硅光子的需求，以便支持數據中心與其它更進(jìn)一步的應用。

光連接從1980年代開(kāi)始取代銅線(xiàn)，這是因為透過(guò)光纖進(jìn)行的光傳輸提供高帶寬的固有特性，有別于透過(guò)金屬線(xiàn)進(jìn)行的電脈沖傳輸。從那時(shí)起，隨著(zhù)零組件尺寸和成本的降低，該技術(shù)變得更加有效率，帶領(lǐng)使用光學(xué)互連的網(wǎng)絡(luò )解決方案在過(guò)去幾年取得突破性進(jìn)展，一般而言此情況發(fā)生在交換器、數據中心，以及其它高效能運算環(huán)境之中。

隨著(zhù)逐漸逼近電氣互連效能限制，在同一封裝整合緊鄰的芯片電路和光學(xué)組件，能夠提升能源效率同時(shí)達成更遠的連接距離，確保輸入／輸出（I/O）接口的未來(lái)。這些光子技術(shù)是透過(guò)英特爾工廠(chǎng)中現有的制程技術(shù)所達成，享有大規模制造利于成本下降的優(yōu)勢。

近期使用高密度波長(cháng)分波多任務(wù)（DWDM）技術(shù)的共同封裝光學(xué)解決方案，已印證提升帶寬的同時(shí)，還能夠大幅度縮減光學(xué)芯片的物理尺寸。然而直到現在，制造具備波長(cháng)間距均一性與功耗的DWDM光源仍十分困難。

這項新突破確保了光源具備一致的波長(cháng)分離，并維持均一的輸出功率，進(jìn)而滿(mǎn)足光學(xué)運算互連和DWDM通訊的要求之一。使用光學(xué)互連的次世代運算I/O，能夠為將來(lái)的高帶寬AI和ML工作負載的極端需求量身打造。

這款8波長(cháng)DFB數組采用英特爾的商用12吋混合（hybrid）硅光子平臺進(jìn)行設計與制造，該平臺亦被用來(lái)制造量產(chǎn)光學(xué)收發(fā)器。這項創(chuàng )新是大量生產(chǎn)互補式金屬氧化物半導體（CMOS）的晶圓廠(chǎng)當中，其雷射制造能力的重大進(jìn)展，并使用與制造12吋硅晶圓相同的微影技術(shù)以及嚴格的制程控制。

在這項研究之中，英特爾于三五族晶圓接合制程之前，使用先進(jìn)的微影技術(shù)在硅當中定義波導光柵（waveguide grating）。與3吋或4吋三五族晶圓廠(chǎng)制造的傳統半導體雷射相比，這項技術(shù)達成更好的波長(cháng)均一性。此外由于緊密地整合雷射，該數組在環(huán)境溫度變化時(shí)也能夠維持其通道間距。

身為硅光子技術(shù)的先驅?zhuān)⑻貭栔铝τ陂_(kāi)發(fā)解決方案，滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )基礎建設日益成長(cháng)的更高效率、更豐富資源等需求。此外，作為未來(lái)的光學(xué)運算互連小芯片（chiplet）產(chǎn)品的一部份，8波長(cháng)整合雷射數組技術(shù)的許多方面正由英特爾硅光子產(chǎn)品部門(mén)實(shí)作當中。即將推出的產(chǎn)品可在CPU、GPU和內存等各種運算資源之間，提供具能源效率、高效能的多Tb/s互連。整合雷射數組是欲達成緊湊且具成本效益的解決方案，抑是支持大量生產(chǎn)制造與部署不可或缺的一環(huán)。