Abstract: Während der ECOC2019 veröffentlichte IMEC, das weltweit führende Forschungszentrum für Nanoelektronik und digitale Technologie sowie das Zentrum für Innovation, in Zusammenarbeit mit IDLab und der Photonics Research Group des Imec Research Laboratory an der Universität Gent gemeinsam die Meilensteine wichtiger Errungenschaften in der Siliziumphotonik (SiPho). ) Technologieforschung. Die demonstrierte Bauarchitektur bietet einen realisierbaren Weg für Rechenzentrums-Switches der nächsten Generation mit 400 Gbit/s, optischen Verbindungen mit höherer Geschwindigkeit und gemeinsam verpackten optischen Geräten, die Schlüsseltechnologien für die Datenübertragung in zukünftigen Rechenzentren sein werden. Zu den Höhepunkten dieser Errungenschaft gehören: TSV-unterstützter optischer CMOS-SiPho-Transceiver-Prototyp mit hoher Dichte (Tbit/s/mm2), stromsparender 106-Gbit/s-PAM4-SiPho-Sender, Hochgeschwindigkeits-Germanium/Silizium-APD und Ultrabreitband mit geringem Verlust Singlemode-Faserkoppler.
ICCSZ berichtet, dass IMEC, die weltweit führende Nanoelektronik- und Digitaltechnologieforschung und das Zentrum für Innovation, während der ECOC2019 in Zusammenarbeit mit IDLab und der Photonics Research Group des Imec Research Laboratory an der Universität Gent gemeinsam die Meilensteine wichtiger Errungenschaften in der Siliziumphotonik veröffentlicht hat (SiPho)-Technologieforschung. Die demonstrierte Bauarchitektur bietet einen erreichbaren Weg für Rechenzentrums-Switches der nächsten Generation mit 400 Gbit/s, optischen Verbindungen mit höherer Geschwindigkeit und gemeinsam verpackten optischen Komponenten, die Schlüsseltechnologien für die Datenübertragung in zukünftigen Daten sein werden Zentren. Zu den Höhepunkten dieser Errungenschaft gehören: TSV-unterstützter optischer CMOS-SiPho-Transceiver-Prototyp mit hoher Dichte (Tbit/s/mm2), stromsparender 106-Gbit/s-PAM4-SiPho-Sender, Hochgeschwindigkeits-Germanium/Silizium-APD und Ultrabreitband mit geringem Verlust Singlemode-Faserkoppler.
Wie wir alle wissen, hat das exponentielle Wachstum des Internets und verwandter Anwendungen den Einsatz optischer Verbindungstechnologie in Rechenzentren gefördert, um eine nachhaltige Wachstumsleistung, einen geringeren Stromverbrauch und weniger Platz zu erreichen. In den nächsten fünf Jahren wird die Kapazität der optischen Verbindung im Rechenzentrum durch Multiplexen der vier 400-Gbit/s-PAM100-Kanäle auf 4 Gbit/s erhöht. Infolgedessen erreicht die Gesamtbandbreite, die ein einzelner Rechenzentrums-Switch verarbeiten muss, 51.2 Tbit/s. Er muss mit ultrahochdichter Silizium-Photonen-Transceiver-Technologie und einem hochintegrierten und gemeinsam verpackten Switch-CMOS-Chip ausgestattet sein.
Um der Branche dabei zu helfen, diese anspruchsvollen und universellen Anforderungen zu erfüllen, entwickeln IMEC und sein Forschungslabor der Universität Gent Schlüsseltechnologien zum Aufbau der Architektur, die die IMEC-Silizium-Photonik-Plattform nutzt, um Hochgeschwindigkeitselektronik in 200-mm- und 300-mm-Wafer zu integrieren.
Joris Van Campenhout, Imec Optical I/O Engineering Director, kommentierte: „Unser F&E-System hat nachhaltige Verbesserungen auf verschiedenen Ebenen der Silizium-Photonik-Technologie erzielt, sei es Prozessintegration, einzelne Geräte oder Submodulebene. Wir sind bereit, unsere Forschungsfortschritte im Rahmen des ECOC mit der Industrie und den Universitäten zu teilen und freuen uns darauf, die Kommunikationsindustrie in Europa und anderen Regionen weiterhin dabei zu unterstützen, die zentralen Herausforderungen der optischen Verbindungstechnologie der nächsten Generation besser zu meistern.“
Einer der Höhepunkte der Imec-Präsentation während der EOCO ist die branchenweit erste hybride FinFET-CMOS-/Silizium-Photonen-Transceiver-Technologie mit TSV-Unterstützung, die NRZ-Modulation nutzt und mit einer Rate von 40 Gbit/s arbeitet. Der Prototyp erreicht eine beeindruckende Bandbreitendichte (1 Tbit/s/mm2) bei extrem niedrigem Stromverbrauch und bietet eine Implementierungsmöglichkeit für zukünftige Rechenzentrums-Switches mit ultradichten, gemeinsam verpackten optischen Geräten.
Imec und die Universität Gent zeigten außerdem einen optischen Sender mit 106 Gbit/s, der das PAM4-Modulationsformat verwendet. Dieses vierstufige Modulationsformat wurde in den letzten Jahren von der Industrie weithin übernommen. Es wird als 53-GBd-Einkanalübertragung für Szenarien mit einer Entfernung von bis zu 500 Metern verwendet. Im Vergleich zu anderen optischen PAM4-Sendern erfordert die IMEC-Lösung keine gleichwertige Methode oder digitale Signalverarbeitung. Es integriert zwei parallele GeSi-Elektroabsorptionsmodulatoren und das Ergebnis ist der kompakteste und stromsparendste (1.5 pJ/b) optische Sender, der Daten mit 106 Gbit/s auf einer Einzelmodulfaser über 1 km übertragen kann.
Gleichzeitig zeigte Imec auch sein optimiertes Kantenkopplerdesign, das auf einer hybriden Si/SiN-Photonikplattform basiert. Im Vergleich zu branchenüblichen Singlemode-Fasern bietet diese Innovation eine bessere Leistung für den Schichtstapel und arbeitet im O- und C-Band. Die Kopplungseffizienz einer einzelnen Faser beträgt 1.5 dB. Auf der Empfangsseite hat Imec Hochgeschwindigkeits-Ge/Si-Avalanche-Fotodetektoren (APDs) mit vervielfachten Gewinnen von 8- und 32-GHz-Bandbreiten eingeführt, die ein erhebliches Potenzial zur Verbesserung der Empfängerempfindlichkeit und des optischen Verbindungsbudgets bei 40 Gbit/s und höheren Raten zeigen.