OFweek光通信網(wǎng)訊 整合光子與電子元件的半導(dǎo)體微芯片可加快資料傳輸速度、增長(zhǎng)效能并削減功耗，但受到制程方面的限定，一向無(wú)法廣泛應(yīng)用。天然(Nature)雜志刊登一篇由美國(guó)加州大學(xué)柏克萊分校、科羅拉多大學(xué)和麻省理工學(xué)院研究人員發(fā)表的論文，透露表現(xiàn)已成功行使現(xiàn)有CMOS標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，制作出一顆整合光子與電子元件的單芯片。
據(jù)HPC Wire網(wǎng)站報(bào)導(dǎo)，這顆整合7，000萬(wàn)個(gè)電晶體和850個(gè)光子元件的芯片，采用商業(yè)化的45納米SOI CMOS制程制作，與現(xiàn)有的設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)工具均相容，因此可以大量生產(chǎn)。芯片內(nèi)建的光電發(fā)射器和接收器可讓微處理器和記憶體以光子直接和外接元件通信，不需額外的芯片或裝配管理光學(xué)元件。
光子通信的上風(fēng)在于，可透過(guò)內(nèi)建的光線波導(dǎo)或外接天康光纜同時(shí)傳送以不同光色加密的資料流，并使用波長(zhǎng)不到1微米(micron)的紅外線傳送高密度的光通信封包，大幅增長(zhǎng)頻寬。這顆新芯片每平方毫米的頻寬密度達(dá) 300 Gbps，是目前市面上電子微處理器的10~50 倍。
根據(jù)論文所述，制程包含作為電晶體和光學(xué)波導(dǎo)核心的晶矽層(crystalline-silicon layer)以及用于分隔晶矽層與矽承載晶圓(silicon-handle wafer)的薄埋氧化物層(buried-oxide layer)。
因?yàn)楸÷裱趸飳拥暮穸刃∮?00納米，易導(dǎo)致較高的波導(dǎo)損耗，為了控制光漏網(wǎng)站價(jià)格，研究人員移除芯片上的部份基板，并發(fā)現(xiàn)處理器功能并未受到影響。
此外，研究人員打造矽鍺光偵測(cè)器，并選擇1，180納米波長(zhǎng)作為天康光纜通道成都人事考試網(wǎng)首頁(yè)，得到4.3 dB/cm的光傳播損耗。這個(gè)電光發(fā)射器由電光調(diào)變器(electro-optic modulator)和電子驅(qū)動(dòng)組成，調(diào)變器為直徑10μm、與波導(dǎo)耦合的矽微型環(huán)共振器。
英特爾資深研究員Sadasivan Shankar認(rèn)為，這項(xiàng)研究替目前面臨瓶頸的電晶體技術(shù)立下新的里程碑，使用光學(xué)元件進(jìn)行芯片到記憶體的傳輸將可降低功耗并增長(zhǎng)時(shí)脈。下一步的研究將以展示多波長(zhǎng)通信、改善光子元件以及開(kāi)發(fā)新的體系應(yīng)用為主。
半導(dǎo)體技術(shù)的精進(jìn)讓芯片可實(shí)行更多運(yùn)算，但卻無(wú)法增長(zhǎng)芯片間通信的頻寬。目前芯片傳輸所消費(fèi)的功率已超過(guò)芯片功耗預(yù)算的20%，這項(xiàng)新技術(shù)不僅在低功耗的情況下改善一個(gè)數(shù)量級(jí)的芯片通信頻寬，將來(lái)還可能幫忙達(dá)到百萬(wàn)兆等級(jí)(Exascale) 的運(yùn)算。
