英特爾在數據中心的集成光子學方面取得了進展， 已沉浸在矽光子學研究二十多年

日前，在 ” Intel Labs Day ” 上，英特爾介紹了在推動數據中心集成光子學方面的進度，強調了自身在業界領先的技術進展，以及實現公司長期以來將光子學與低成本、大批量的矽集成生產相整合的願景。

這些進展代表了光互連領域的關鍵進展，隨著數據中心中計算密集型數據工作負載越來越多，網絡流量越來越大，光互連解決了圍繞電子輸入/輸出 ( I/O ) 性能擴展的日益嚴峻的挑戰。英特爾展示了包括小型化在內的關鍵技術構件方面的進展，為更緊密地整合光學和矽技術鋪平了道路。

英特爾實驗室高級首席工程師兼 PHY 實驗室主任 James Jaussi 表示：

” 我們正在接近 I/O 電源牆和 I/O 帶寬缺口，這將極大地阻礙性能擴展。英特爾在集成光子學方面取得的快速進展將使業界能夠全面重塑由光連接的數據中心網絡和架構。我們現在已經在一個矽平台上展示了​​所有關鍵的光學技術構件，與 CMOS 矽緊密集成。我們關於將光子學與 CMOS 矽緊密集成的研究可以系統性地消除跨越成本、功率和尺寸限制的障礙，為服務器封裝帶來光互連的變革性力量。”

為什麼它很重要？

新的以數據為中心的工作負載在數據中心內每天都在增長，不斷增加的數據從一台服務器到另一台服務器的移動，對當今網絡基礎設施的能力造成了壓力。業界正在迅速接近電氣 I/O 性能的極限。隨著計算帶寬需求的不斷增加，電氣 I/O 無法跟上步伐，導致 ” I/O 電源牆 ” ，限制了計算操作的可用功率。通過將光 I/O 直接引入服務器和軟件包，可以打破這一障礙，使數據能夠更高效地移動。為了解決以上問題，英特爾從二十多年前就開始進行矽光子學研究了。

關於新技術構件

在今天的英特爾實驗室虛擬活動中，英特爾展示了在關鍵技術構件方面的關鍵進展，這些構件是公司集成光子學研究的基礎。包括了光的產生、放大、檢測、調製、互補金屬氧化物半導體 ( CMOS ) 接口電路和封裝集成。在此次活動中展示的原型機具有光子學和 CMOS 技術緊密耦合的特點，可作為未來光子學與核心計算矽全面集成的概念驗證。

英特爾還展示了比傳統元件小 1000 倍的微環調製器。傳統矽調製器的體積大、成本高，一直是將光學技術引入服務器封裝的障礙，因為服務器封裝需要集成數百個這樣的器件。這些綜合成果為矽光子學的使用範圍從網絡上層擴展到服務器內部以及未來的服務器封裝鋪平了道路。

關鍵技術構件展示

微環調製器－傳統的矽調製器佔用的面積太大，而且放在 IC 封裝上成本很高。通過開發微環調製器，英特爾將調製器小型化了 1000 多倍，從而消除了將矽光子學集成到計算封裝上的一個關鍵障礙。

全矽光電探測器－幾十年來，業界一直認為矽在 1.3-1.6um 波長范圍內幾乎沒有光檢測能力。英特爾展示的研究證明了相反的觀點。更低的成本是這一突破的主要好處之一。

集成半導體光放大器－隨著焦點轉向降低總功耗，集成半導體光學放大器是一項不可或缺的技術，它與集成激光器使用的材料相同。

集成多波長激光器－利用一種叫做波分複用的技術，同一台激光器可以使用不同的波長，在同一束光中傳遞更多的數據。這樣就可以在單根光纖上傳輸更多的數據，提高帶寬密度。

集成性－通過先進的封裝技術將矽光子學和 CMOS 矽緊密集成，我們可以獲得三個好處：更低的功率、更高的帶寬和更少的引腳數。英特爾是唯一一家在一個與 CMOS 矽緊密集成的技術平台上展示了​​集成多波長激光器和半導體光放大器、全矽光電探測器和微環調製器的公司。這一研究突破為擴展集成光子學鋪平了道路。

下一步是什麼？

此次活動中展示的集成光子學研究展示了英特爾多年前提出的雄心勃勃的目標：將光作為連接技術的基礎。新的研究開啟了各種可能性，包括未來的架構更加細分，計算、內存、加速器和外設等多個功能塊分佈在整個網絡中，並在高速和低延遲的鏈路中通過光學和軟件互連。

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