英特爾實驗室 展示嚴控8波長鐳射數組

英特爾實驗室宣布在整合光子研究取得重大進展，這是提升數據中心運算芯片之間以及整體網絡通訊帶寬的下個技術疆界。最新研究以領先業界步伐的多波長整合光學為其特色，包含展示一款全面整合至硅晶圓的8波長分布式回饋（DFB）鐳射數組，提供十分良好的±0.25分貝（dB）輸出功率均一性，以及超越業界規范的±6.5％波長間距均一性。

英特爾實驗室資深技術總監榮海生表示，這項新研究展示出達成良好的匹配輸出功率的可能性，以及均一且高密度的波長間距。更重要的是，它可以透過英特爾晶圓廠現有的制造與制程控制來完成，為下一代共同封裝光學和光學運算互連的大量生產制造提供一個清晰的方向。

此項進展能夠制造出具備未來大量應用所需效能的光源，例如針對人工智能（AI）和機器學習（ML）等新興網絡密集工作負載的共同封裝光學和光學運算互連。該鐳射數組以英特爾的12吋硅光子制程制造，并為未來大規模生產制造和廣泛部署做好準備。

Gartner預估，硅光子占據所有高帶寬數據中心通訊頻道的比例，將從2020年不到5％提升至2025年的20％以上，整體潛在市場規模達26億美元。低功耗、高帶寬和更高速的數據傳輸需求正在不斷成長，驅動著硅光子的需求，以便支持數據中心與其它更進一步的應用。

光連接從1980年代開始取代銅線，這是因為透過光纖進行的光傳輸提供高帶寬的固有特性，有別于透過金屬線進行的電脈沖傳輸。從那時起，隨著零組件尺寸和成本的降低，該技術變得更加有效率，帶領使用光學互連的網絡解決方案在過去幾年取得突破性進展，一般而言此情況發生在交換器、數據中心，以及其它高效能運算環境之中。

隨著逐漸逼近電氣互連效能限制，在同一封裝整合緊鄰的芯片電路和光學組件，能夠提升能源效率同時達成更遠的連接距離，確保輸入／輸出（I/O）接口的未來。這些光子技術是透過英特爾工廠中現有的制程技術所達成，享有大規模制造利于成本下降的優勢。

近期使用高密度波長分波多任務（DWDM）技術的共同封裝光學解決方案，已印證提升帶寬的同時，還能夠大幅度縮減光學芯片的物理尺寸。然而直到現在，制造具備波長間距均一性與功耗的DWDM光源仍十分困難。

這項新突破確保了光源具備一致的波長分離，并維持均一的輸出功率，進而滿足光學運算互連和DWDM通訊的要求之一。使用光學互連的次世代運算I/O，能夠為將來的高帶寬AI和ML工作負載的極端需求量身打造。

這款8波長DFB數組采用英特爾的商用12吋混合（hybrid）硅光子平臺進行設計與制造，該平臺亦被用來制造量產光學收發器。這項創新是大量生產互補式金屬氧化物半導體（CMOS）的晶圓廠當中，其雷射制造能力的重大進展，并使用與制造12吋硅晶圓相同的微影技術以及嚴格的制程控制。

在這項研究之中，英特爾于三五族晶圓接合制程之前，使用先進的微影技術在硅當中定義波導光柵（waveguide grating）。與3吋或4吋三五族晶圓廠制造的傳統半導體雷射相比，這項技術達成更好的波長均一性。此外由于緊密地整合雷射，該數組在環境溫度變化時也能夠維持其通道間距。

身為硅光子技術的先驅，英特爾致力于開發解決方案，滿足網絡基礎建設日益成長的更高效率、更豐富資源等需求。此外，作為未來的光學運算互連小芯片（chiplet）產品的一部份，8波長整合雷射數組技術的許多方面正由英特爾硅光子產品部門實作當中。即將推出的產品可在CPU、GPU和內存等各種運算資源之間，提供具能源效率、高效能的多Tb/s互連。整合雷射數組是欲達成緊湊且具成本效益的解決方案，抑是支持大量生產制造與部署不可或缺的一環。