Estos días, todo el mundo habla de que Nvidia, AMD e Intel han invertido en una fábrica para acabar con la interconexión de cobre. De hecho, Ayarlabs ya lleva mucho tiempo en funcionamiento e Intel es uno de sus inversores. La novedad es la incorporación de NVIDIA.
Laboratorios Ayar
NVIDIA se preocupa por dos cosas: una es el modulador de microanillos, que puede realizar WDM con bajo consumo de energía, y la otra es el modulador miniaturizado que admite la conexión en cascada de microanillos, que requiere una fuente de luz de múltiples longitudes de onda. La tecnología de Ayarlabs cumple con los requisitos de estos dos. Hablemos un poco sobre la tecnología de Ayarlabs. Uno es un componente láser llamado SuperNova, que puede lograr una salida de múltiples longitudes de onda. Otro componente llamado TeraPhy puede lograr una distribución de E/S óptica de más de Tbps.
Hablemos primero del láser de SuperNova. Este año, ha entrado en la segunda generación de fuentes de luz. Utiliza 16 láseres con diferentes longitudes de onda a través de una distribución de longitud de onda de 16x16 para lograr 16 fibras ópticas, cada una con 16 salidas de longitud de onda. La primera generación utilizó la tecnología 8x8 con mayor frecuencia.
Veamos este componente desde dos perspectivas.
El láser utiliza el material activo de pozo cuántico AlGaInAs, el DFB CW de Sliver y la estructura de guía de ondas de RWG. El distribuidor de longitud de onda adopta el principio de distribución en estrella de la estructura circular de Rowland para lograr una programación de longitud de onda de 8×8 o 16×16.
En cuanto a la parte TeraPhy, que convierte la entrada y salida “eléctrica” del circuito integrado, es decir, la E/S, en señales ópticas para realizar la E/S óptica. Este circuito integrado puede ser una GPU u otras señales y la clave es la conversión de señales.
Ayarlabs utiliza tecnología de integración de fotónica de silicio para lograr la conversión de señales. La tecnología de empaquetado 3D, un proceso de interconexión integrado llamado EMIB desarrollado por Intel, se utiliza entre el chip integrado de fotónica de silicio y el chip del circuito integrado principal. Este EMIB utiliza un pin denso para hacer un "agujero poco profundo" y una "interconexión corta" entre la señal de alta velocidad del circuito integrado y la señal de alta velocidad en el chip integrado de fotónica de silicio.
La razón para hacer agujeros poco profundos es que el silicio es un semiconductor y los agujeros pasantes en el silicio tendrán una capacitancia parásita que produce resonancia de alta frecuencia. El uso de la tecnología de agujeros poco profundos puede aumentar la frecuencia y lograr un diseño de alta velocidad.
La interconexión corta se debe a que la pérdida de señales eléctricas aumenta a frecuencias altas. Reducir la distancia de interconexión reduce la pérdida y mejora la calidad de la señal del canal de transmisión. El empaquetado de interconexión de señales de alta frecuencia es muy costoso, pero algunas señales de baja velocidad, como las señales de alimentación y control, se pueden procesar mediante procesos ordinarios de bajo costo, lo que logra la compatibilidad entre costo y rendimiento.
Ahora echemos un vistazo al interior del chip fotónico de silicio que convierte las señales fotoeléctricas. Se utiliza un modulador de microanillo para convertir las señales eléctricas en señales ópticas y para convertir las señales ópticas en señales eléctricas y enviarlas a la GPU. El modulador dispone de una fuente de luz de longitud de onda múltiple SuperNova. El modulador no puede emitir luz, pero solo puede completar la conversión electroóptica de la señal. El modulador de Ayarlabs utiliza una estructura de microanillo de material fotónico de silicio. El microanillo es sensible a la longitud de onda y el coeficiente de deriva de la longitud de onda del silicio a diferentes temperaturas es grande, por lo que se necesita un calentador para controlar la temperatura y evitar la deriva de la longitud de onda del modulador de microanillo de silicio.
Existen dos categorías principales de moduladores de microanillos. Una categoría se basa en el control del índice de refracción del anillo, que realiza el control del índice de refracción a través del efecto de dispersión de plasma de tipo de agotamiento de portadora PN. La otra se basa en el coeficiente de acoplamiento. AyarLabs ha estudiado estas dos tecnologías. El extremo receptor también es una estructura de microanillo, cuya cascada tiene la capacidad de identificar automáticamente las longitudes de onda y realizar la separación de longitudes de onda WDM DeMUX. Dado que la tecnología de microanillos se utiliza tanto para la transmisión como para la recepción, Ayarlabs también ha realizado muchas investigaciones sobre el acoplamiento entre la guía de ondas de señal y el microanillo.
La forma de distribuir el coeficiente de acoplamiento cruzado y el coeficiente de acoplamiento pasante entre la guía de ondas y el anillo está relacionada con el equilibrio entre modulación y salida. Además, la longitud del brazo de acoplamiento está relacionada con el ancho de banda operativo, que también es un detalle técnico que debe tenerse en cuenta.