英特尔实验室在整合光子研究取得进展

英特尔实验室宣布在整合光子研究取得重大进展，这是提升资料中心运算晶片之间以及整体网路通讯频宽的下个技术疆界。最新研究以领先业界步伐的多波长整合光学为其特色，包含展示一款全面整合至矽晶圆的8波长分散式回馈（DFB）雷射阵列，提供十分良好的±0.25分贝（dB）输出功率均一性，以及超越业界规范的±6.5％波长间距均一性。

英特尔展示在晶圆上的严格控制8波长雷射阵列

英特尔实验室资深技术总监荣海生指出，这项新研究展示出达成良好的匹配输出功率的可能性，以及均一且高密度的波长间距。更重要的是，它可以透过英特尔晶圆厂现有的制造与制程控制来完成，为下一代共同封装光学和光学运算互连的大量生产制造提供一个清晰的方向。

此项进展能够制造出具备未来大量应用所需效能的光源，例如针对人工智慧（AI）和机器学习（ML）等新兴网路密集工作负载的共同封装光学和光学运算互连。该雷射阵列以英特尔的300毫米矽光子制程制造，并为未来大规模生产制造和广泛部署做好准备。

Gartner预估，矽光子占据所有高频宽资料中心通讯频道的比例，将从2020年不到5％提升至2025年的20％以上，整体潜在市场规模达26亿美元。低功耗、高频宽和更高速的资料传输需求正在不断成长，驱动着矽光子的需求，以便支援资料中心与其它更进一步的应用。

光连接从1980年代开始取代铜线，这是因为透过光纤进行的光传输提供高频宽的固有特性，有别于透过金属线进行的电脉冲传输。从那时起，随着零组件尺寸和成本的降低，该技术变得更加有效率，带领使用光学互连的网路解决方案在过去几年取得突破性进展，一般而言此情况发生在交换器、资料中心，以及其它高效能运算环境之中。

随着逐渐逼近电气互连效能限制，在同一封装整合紧邻的晶片电路和光学元件，能够提升能源效率同时达成更远的连接距离，确保输入∕输出（I/O）介面的未来。这些光子技术是透过英特尔工厂中现有的制程技术所达成，享有大规模制造利于成本下降的优势。

近期使用高密度波长分波多工（DWDM）技术的共同封装光学解决方案，已印证提升频宽的同时，还能够大幅度缩减光学晶片的物理尺寸。然而直到现在，制造具备波长间距均一性与功耗的DWDM光源仍十分困难。

这项新突破确保了光源具备一致的波长分离，并维持均一的输出功率，进而满足光学运算互连和DWDM通讯的要求之一。使用光学互连的次世代运算I/O，能够为将来的高频宽AI和ML工作负载的极端需求量身打造。

这款8波长DFB阵列采用英特尔的商用300mm混合（hybrid）矽光子平台进行设计与制造，该平台亦被用来制造量产光学收发器。这项创新是大量生产互补式金属氧化物半导体（CMOS）的工厂当中，其雷射制造能力的重大进展，并使用与制造300mm矽晶圆相同的微影技术以及严格的制程控制。

在这项研究之中，英特尔于三五族晶圆接合制程之前，使用先进的微影技术在矽当中定义波导光栅（waveguide grating）。与3吋或是4吋三五族晶圆工厂制造的传统半导体雷射相比，这项技术达成更好的波长均一性。此外由于紧密地整合雷射，该阵列在环境温度变化时也能够维持其通道间距。

身为矽光子技术的先驱，英特尔致力于开发解决方案，满足网路基础建设日益成长的更高效率、更丰富资源等需求。开发中的核心技术构件包含光的产生、放大、检测、调变、CMOS介面电路，以及封装整合技术。

此外，作为未来的光学运算互连小晶片（chiplet）产品的一部份，8波长整合雷射阵列技术的许多方面正由英特尔矽光子产品部门实作当中。即将推出的产品可在CPU、GPU和记忆体等各种运算资源之间，提供具能源效率、高效能的多Tb/s互连。整合雷射阵列是欲达成紧凑且具成本效益的解决方案，抑是支援大量生产制造与部署不可或缺的一环。