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技术芯片收发IBM开发光与电路混载的CMOS芯片

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美国IBM开发出了采用CMOS技术将光收发通路与电子电路集成在一枚芯片上的“CMOSIntegratedSiliconNanophotonics”技术。并在2010年12月1日于日本千叶幕张Messe会展中心举行的半导体制造装置相关展会“SEMICONJapan2010”上就其发表了演讲。

该技术是为IBM计划2017年投入使用的ExaScale(1018FLOPS)超级计算机系统开发的。据IBM介绍,与其他竞争公司的技术相比,工艺的微细化及集成化程度提高了10倍以上。

IBM表示,预定2011年投入使用的新一代超级计算机“BlueWaters”的芯片间布线数量约为100万条。而力争2017年投入使用、速度比BlueWaters快100倍以上的ExaScale机型,预计芯片间布线数量将会达到1亿条。

为了应对布线数量的增加,与采用电气布线相比,采用光布线在集成化方面更为有利。IBM表示“这是因为采用光布线的话,能够使用可重合多个通道的WDM(波分复用)技术”。通过将连接微处理器之间或者微处理器内核之间的布线改为采用WDM技术的光电路,可同时实现传输通路的大容量化与集成化。

IBM从2006年以来一直在名为“SNIPER(SiliconNanoscale-IntegratedPhotonicandElectronictRansceiver)”的项目中,推进光电路与电气电路混载技术的开发。2006年开发出了光延迟电路,2007年开发出了硅光调制器,2008年开发出了硅光开关,2010年开发出了具备电子电路放大功能的受光元件,以及可靠性比原来大幅提高并具备CMOS工艺兼容性、基于Ge-on-insulator技术的雪崩光电探测器(avalanchephotodetector,APD)。

除了基础要素技术之外,IBM还推进了这些技术的集成化。IBM已采用CMOS技术制作完成了可将收发光信号的6通道重合为一条波导通路的WDM芯片。芯片尺寸方面,发送端为3.7mm×0.35mm,接收端为3.7mm×0.5mm。“目前很多企业都在开发硅光子技术,不过集成度都很低,估计勉强只能实现每个光收发通道6mm2的集成度。而我们的技术却实现了每通道0.5mm2”(IBM)。

据IBM介绍,通过WDM技术将每通道数据传输速度为20Gbit/秒的50条光收发电路合成一条波导通道,然后将数据传输速度可达到1Tbit/秒的光收发电路集成在4mm见方CMOS芯片上的技术已经有了眉目。“不算电极板及电容器部分面积的话,可在2mm见方的芯片上实现”(IBM)。


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