Intel Labs annonce une avancée de la recherche en photonique intégrée

Intel Labs annonce une avancée de la recherche en photonique intégrée pour l’optique co-packagée et l’interconnexion de calcul optique. Intel fait la démonstration d’un réseau laser à huit longueurs d’onde étroitement contrôlé sur une tranche de silicium, avec une puissance adaptée et un espacement uniforme.

Ce qui est nouveau.

Intel Labs annonce une avancée significative dans sa recherche sur la photonique intégrée, la prochaine frontière pour augmenter la bande passante de communication entre les siliciums de calcul dans les centres de données et sur les réseaux. Les dernières recherches présentent des avancées de pointe dans le domaine de l’optique intégrée multi-longueurs d’onde, notamment la démonstration d’un réseau de lasers à rétroaction distribuée (DFB) de huit longueurs d’onde entièrement intégré sur une tranche de silicium et offrant une excellente uniformité de la puissance de sortie de +/- 0,25 décibel (dB) et une uniformité de l’espacement des longueurs d’onde de ±6,5 % qui dépassent les spécifications industrielles.

Haisheng Rong, ingénieur et R&D Manager chez Intel Labs.

« Cette nouvelle recherche démontre qu’il est possible d’obtenir une puissance de sortie bien adaptée avec des longueurs d’onde uniformes et densément espacées. Plus important encore, cela peut être réalisé en utilisant les contrôles de fabrication et de processus existants dans les usines d’Intel, ce qui garantit une voie claire vers la production en volume de la prochaine génération d’optiques co-packagées et d’interconnexions informatiques optiques à l’échelle. »

Ce que cela signifie.

Cette avancée permettra la production de la source optique avec les performances requises pour les futures applications à haut volume, telles que l’optique co-packagée et l’interconnexion optique de calcul pour les charges de travail émergentes à forte intensité de réseau, notamment l’intelligence artificielle (IA) et l’apprentissage automatique (ML). La matrice laser est construite sur le processus de fabrication de photonique sur silicium de 300 millimètres d’Intel pour ouvrir la voie à la fabrication en gros volume et à un large déploiement.

D’ici 2025, Gartner prévoit que la photonique sursilicium sera utilisée dans plus de 20 % de tous les canaux de communication des centres de données à large bande passante, contre moins de 5 % en 2020, et représentera un marché total disponible de 2,6 milliards de dollars. La demande croissante de faible consommation d’énergie, de bande passante élevée et de transfert de données plus rapide entraîne le besoin de photonique sur silicium pour soutenir les applications des centres de données et au-delà.

Pourquoi c’est important.

Les connexions optiques ont commencé à remplacer les fils de cuivre dans les années 1980 en raison de la grande largeur de bande inhérente à la transmission de la lumière dans les fibres optiques au lieu des impulsions électriques, transmises par les fils métalliques. Depuis la technologie est devenue plus efficace en raison de la réduction de la taille et du coût des composants, ce qui a conduit à des avancées conséquentes ces dernières années dans l’utilisation des interconnexions optiques pour les solutions réseau, généralement dans les commutateurs, les centres de données et autres environnements informatiques à haute performance.

Avec l’augmentation des limites de performance des interconnexions électriques, l’intégration de circuits en silicium et de composants optiques côte à côte sur le même boîtier est la promesse d’une future interface d’entrée/sortie (E/S) avec une meilleure efficacité énergétique et une plus grande portée. Ces technologies photoniques ont été réalisées dans l’usine d’Intel en utilisant les technologies de fabrication existantes, ce qui se traduit par des réductions de coûts favorables pour la fabrication à grande échelle.

Les récentes solutions optiques co-packagées utilisant la technologie de multiplexage par répartition en longueur d’onde dense (DWDM) ont montré la promesse d’augmenter la bande passante tout en réduisant considérablement la taille physique des puces photoniques. Cependant, jusqu’à présent, il était très difficile de produire des sources lumineuses DWDM avec un espacement des longueurs d’onde et une puissance uniforme.

Cette nouvelle avancée garantit une séparation cohérente des longueurs d’onde des sources lumineuses tout en maintenant une puissance de sortie uniforme, ce qui permet de répondre à l’une des exigences en matière d’interconnexion de calcul optique et de communication DWDM. La prochaine génération d’E/S de calcul utilisant l’interconnexion optique peut être conçue sur mesure pour répondre aux exigences extrêmes des charges de travail d’IA et de ML à large bande passante de demain.

Comment cela fonctionne-t-il ?

La matrice DFB à huit longueurs d’onde a été conçue et fabriquée à l’aide de la plateforme commerciale de photonique hybride sur silicium de 300 mm d’Intel, qui est utilisée pour fabriquer des émetteurs-récepteurs optiques en série. Cette innovation marque une avancée significative dans les capacités de fabrication de lasers dans une usine de fabrication de semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS) en utilisant la même technologie de lithographie que celle utilisée pour fabriquer des plaquettes de silicium de 300 mm avec un contrôle strict du processus.

Pour cette recherche, Intel a utilisé une lithographie avancée pour définir les réseaux de guides d’ondes dans le silicium avant le processus de collage des plaquettes III-V Cette technique a permis d’obtenir une meilleure uniformité des longueurs d’onde par rapport aux lasers à semi-conducteurs classiques fabriqués dans des usines de fabrication de plaquettes III-V de 3 ou 4 pouces. En outre, grâce à l’intégration étroite des lasers, le réseau conserve également l’espacement des canaux lorsque la température ambiante est modifiée.

Prochaines étapes.

En tant que pionnier de la technologie de la photonique du silicium, Intel s’est engagé à développer des solutions pour répondre à la demande croissante d’une infrastructure de réseau plus efficace et plus riche en ressources. Les principales briques technologiques en cours de développement comprennent la génération, l’amplification, la détection et la modulation de la lumière, les circuits d’interface CMOS et les technologies d’intégration des boîtiers.

En outre, de nombreux aspects de la technologie de réseau laser intégré à huit longueurs d’onde sont mis en oeuvre par la division des produits photoniques en silicium d’Intel dans le cadre d’un futur produit de chiplet d’interconnexion de calcul optique. Ce produit offrira une interconnexion de plusieurs térabits par seconde à haute performance et à faible consommation d’énergie entre les ressources informatiques, notamment les CPU, les GPU et la mémoire. La matrice laser intégrée est un élément essentiel pour obtenir une solution compacte et rentable, capable de supporter une fabrication et un déploiement en grand volume.