英特尔实验室宣布其集成光子学研究取得重大进展。最新的研究展示了多波长集成光学器件的行业领先进展，包括演示了完全集成在硅晶圆上的八波长分布式反馈(DFB)激光阵列，并提供+/- 0.25dB的出色输出功率均匀性和超过行业规格的±6.5%的波长间距均匀性。
英特尔实验室高级首席工程师Haisheng Rong表示：“这项新研究表明，有可能在均匀和密集间隔的波长下实现匹配良好的输出功率。最重要的是，这可以通过使用英特尔晶圆厂中现有的制造和工艺控制来完成，从而确保下一代共封装光学器件和大规模光计算互连的批量生产的清晰路径。”
它意味着什么？
这一进展将使生产的光源具有未来大批量应用所需的性能，如用于包括人工智能(AI)和机器学习(ML)在内的新兴网络密集型工作负载的共封装光学和光学计算互连。该激光器阵列建立在英特尔的300毫米硅光子学制造工艺上，为大批量制造和广泛部署铺平了道路。
Gartner预测，到2025年，硅光子学将被用于所有高带宽数据中心通信渠道的20%以上，而2020年这一比例还不到5%，总的可用市场将达到26亿美元。对低功耗、高带宽和更快的数据传输的需求不断增长，推动了对硅光子学的需求，以支持数据中心的应用和其他方面。
为什么它很重要？
光纤连接在20世纪80年代开始取代铜线，光纤中的光传输具有固有的高带宽，而不是通过金属线传输的电脉冲。由于元件尺寸和成本的降低，该技术变得更加有效，这使得过去几年在使用光互连的网络解决方案方面取得了突破性进展，例如在交换机、数据中心和其他高性能计算环境中。
随着电气互连性能限制的上升，在同一封装上并排集成硅电路和光学器件，为未来的输入/输出(I/O)接口带来了希望，其能源效率得到提高，覆盖范围也更广。这些光子技术是在英特尔的工厂里利用现有的工艺技术实现的，这意味着大规模制造的有利成本降低。
最近采用密集波分复用(DWDM)技术的共封装光学解决方案展示了在大幅减少光子芯片的物理尺寸的同时增加带宽的前景。然而，直到现在，要生产具有统一波长间隔和功率的DWDM光源非常困难。这一新进展确保了光源波长分离的一致性，同时保持了均匀的输出功率，从而满足光计算互连和DWDM通信的要求之一。使用光互连的下一代计算I/O可以为未来高带宽AI和ML工作负载的极端需求量身定制。
它是如何工作的？
八个波长的DFB阵列是利用英特尔的商用300毫米混合硅光子学平台设计和制造的，该平台被用来批量生产光收发器。这项创新标志着在大批量互补金属氧化物半导体(CMOS)工厂中激光制造能力的重大进步，它利用了用于制造300毫米硅晶圆的相同光刻技术，并实现了严格的工艺控制。
在这项研究中，英特尔使用了先进的光刻技术，在III-V族晶圆粘合工艺之前，在硅中定义波导光栅。与在3英寸或4英寸III-V晶圆厂生产的传统半导体激光器相比，这种技术带来了更好的波长均匀性。此外，由于激光器的紧密集成，该阵列在环境温度改变时也能保持其通道间距。
下一步计划是什么？
作为硅光子技术的先驱，英特尔致力于开发解决方案，以满足对更高效、更有资源的网络基础设施日益增长的需求。正在开发的核心技术构件包括光的产生、放大、检测、调制、CMOS接口电路和封装集成技术。
此外，八波长集成激光器阵列技术的许多方面正在由英特尔的硅光子学产品部门实施。作为未来光计算互连芯片产品的一部分，即将推出的产品将在包括CPU、GPU和内存在内的计算资源之间提供高能效、高性能的每秒多太比特的互连，而集成激光器阵列是实现支持大批量制造和部署的紧凑而经济的解决方案的一个关键要素。
