中芯国际成为国内率先取得硅光子集成技术突破

来源:http://www.jsshantong.com 作者:yabo体育官网 人气:173 发布时间:2019-09-24
摘要:随着云计算、虚拟现实、高清视频等宽带业务的发展,下一代数据中心光互连亟需将单通道速率从当前的100Gbps升级到200Gbps。纯硅基材料的电光调制器由于具有成本低、尺寸小、CMOS工艺

随着云计算、虚拟现实、高清视频等宽带业务的发展,下一代数据中心光互连亟需将单通道速率从当前的100 Gbps升级到200 Gbps。纯硅基材料的电光调制器由于具有成本低、尺寸小、CMOS工艺兼容性等优点,故成为未来高速光互连非常有竞争力的解决方案。

yabo体育官网,高性能计算机的运算速度主要取决于超结点中的CPU及CPU之间的数据传输和数据交换能力,但这种数据传输和数据交换速度慢、延迟大等问题阻碍了高性能计算机计算速度的提高。因此,迫切需要实现光数据交换代替电数据交换,大幅度的提高光数据交换的带宽、延迟、功耗、密度等性能。

日前,北京大学信息科学技术学院电子学系、区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室张帆教授课题组在相关研究方向取得重要进展。他们基于22 GHz带宽的硅基双驱动行波调制器,成功演示了80 Gbaud的六电平强度调制信号产生,实现单通道200 Gbps速率的硅基光调制芯片——这是目前纯硅基光强度调制器所达到的最大速率。随后,进一步采用 88 Gbaud的四电平强度调制,产生176 Gbps速率的信号,并完成1 km短距离光互连——这是目前硅基调制芯片光互连的最高单通道数据速率。他们在发射端对信号进行奈奎斯特整形,以降低对器件带宽的需求;在接收端数字信号处理中引入数字后滤波器和最大似然序列检测算法,抑制均衡增强的高频带内噪声,有效弥补了器件带宽不足的限制。该研究表明与具有数字信号处理功能的专用集成电路芯片共同封装的传统硅光调制器对单通道200 G数据中心光互连应用具有巨大潜力。

在国家重大科学研究计划的支持下,中国科学院半导体研究所联合中芯国际集成电路制造有限公司、南京大学、国防科学技术大学、厦门大学等单位,开展了“面向高性能计算机超结点的关键微纳光电子器件及其集成技术研究”,围绕高性能计算机光互连网络的体系结构、硅基混合集成激光器、硅基调制器、硅基光开关、硅基混合集成探测器和GeSi探测器等,经过近5年的协同攻关,该项研究取得了重大进展和突破。

以上工作以《达到单通道200G的硅光调制光互连》为题,在2019年3月3—7日美国圣地亚哥举行的2019年国际光纤通信会议上作为PDP论文发表;信息学院博士研究生朱逸萧、杨帆、张磊等发挥了重要作用。据悉,该系列会议的PDP论文旨在发布光通信领域的最新技术进展和纪录性成果,代表着领域当前最高技术水平。在四十多年的会议历史上,共发表PDP论文千余篇,中国大陆研究机构作为第一单位仅发表8篇。其他7篇均由多家国内外单位合作完成。上述论文既是本届大会21篇PDP论文中以中国大陆机构作为第一单位的唯一一篇,更是自1975年会议创办起中国大陆机构作为唯一单位独立完成的首篇OFC会议PDP论文。

该项研究属于纳米硅光子学领域,立项之初中国的硅光子的研究处于起步状态,仅有器件的设计能力,未掌握器件研制的核心技术,研制周期长且不可控,迫切需要建立中国自主的硅光子技术与研发平台。研发团队经过多年的努力,基于中芯国际集成电路制造有限公司微电子工艺的技术实力,成功打造出中国自己的硅光子技术平台和团队,中芯国际成为国内率先取得硅光子集成技术突破并具备生产级能力,具备了与国外硅光子技术平台竞争的实力。项目成功研制硅基混合微纳硅波导输出激光、硅基微纳调制器、硅基交换阵列、硅基混合探测器和GeSi探测器等核心硅基微纳光电子器件;成功研制了集成硅光子芯片,具有单链路光传输和交换功能;提出了高性能计算机光互连网络的光电并行双层体系结构,采用光传输网络和电控制网络协同工作的工作模式;探索研究了基于人工微纳结构调控的偏振复用新型光源和基于变换光学的微纳结构光存储新方案。相关研究成果于2015年和2016年在Nature Communication上发表。

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