Как справедливо подметили в бельгийском исследовательском центре Imec, требования к пропускной способности между узлами в ЦОД растут экспоненциально. При этом необходимо если не снижать потребление интерфейсов, то хотя бы сдерживать его рост. Выходом из этого противоречия может стать так называемая кремниевая фотоника, когда на одном чипе с контроллером или процессором располагаются приёмопередающие модули оптической связи. Желательно также, чтобы всё выполнялось в одном техпроцессе, а также, чтобы этот техпроцесс был привычным и уже обкатанным на производстве.
Совместить все требования в одной разработке взялись специалисты всё того же центра Imec. Так, на днях на форуме Imec Technology Forum USA в Сан-Франциско был продемонстрирован гибридный чип, сочетающий CMOS-процесс с использованием FinFET-транзисторов и элементы оптических приёмопередатчиков с германиевыми фотодиодами. Опытное решение, выпущенное на «классическом» 300-мм производственном оборудовании Imec, продемонстрировало рекордные значения по минимальному потреблению при передаче данных по оптическому каналу на уровне 40 Гбит/с. В процессе передачи динамическое потребление чипа составило 230 фемтоджоулей/бит (фмДж/бит), а площадь интегральной схемы на кристалле составила всего 0,025 мм2. В перспективе, уверены в Imec, можно будет создавать сверхминиатюрные гибридные решения для передачи данных на скоростях в несколько Тбит/с на дальности от 1 до 500 и больше метров.
В представленной разработке дифференциальный драйвер с использованием FinFET спроектирован вместе с цепями и элементами кремниевой фотоники. В частности, с кольцевым модулятором передатчика 40 Гбит/с с оптической модуляцией NRZ (код без возвращения к нулю, максимально простое кодирование без синхронизации), динамическое потребление которого составило 154 фмДж/бит. Приёмник представлен схемой в виде трансимпедансного усилителя (trans-impedance amplifier, TIA) из элементов FinFET, согласованного с германиевым фотодиодом. Схема позволяет улавливать и определять оптический сигнал с последовательностью 40 Гбит/с с ожидаемой чувствительностью –10 дБм при потреблении 75 фмДж/бит.
Реализация гибридного чипа кремниевой фотоники Imec
В качестве эксперимента была продемонстрирована петля связи с использованием излучения 1330 нм по стандартному одномодовому волноводу с энергетическим запасом 2 дБ. В конечном итоге решение позволяет создать на кристалле гибридный модуль площадью 0,1 мм2 в конфигурации 4 × 40 Гбит/с со встроенной поддержкой температурной коррекции, что показывает возможность масштабировать решение до пропускной способности свыше 100 Гбит/с на одно волокно.
Источник:
