הצמיחה האקספוננציאלית של תעבורת נתונים, המונעת על ידי מחשוב ענן, שירותי הזרמה, ואינטרנט של הדברים, דחף מערכות תקשורת אלקטרוניות מסורתיות למגבלות הפיזיות שלהם. Copper interconnects ו- סטנדרטי מעבר אלקטרוני נאבקים כדי לשמור על קצב הביקוש לפס רוחב פס גבוה יותר ולעוצמה נמוכה יותר תוך ניהול צריכת חשמל.S סיליקון phonics התפתחה כפתרון מרכזי, תוך שילוב המהירות והיעילות של תקשורת אופטית עם מבנה של ייצור אופטית של מערכות הפעלה אופטיות נמוכה יותר, באמצעות רשתות אופטיות, לא יכולות הפעלה באופן משמעותי, באמצעות סיליקון, תוך כדי סיליקון, באופן משמעותי, באופן משמעותי, רק על ידי מערכות אבטחה סטנדרטיות, תוך כדי סיליקון, תוך כדי סיליקון סטנדרטיות, באופן משמעותי, באופן משמעותי, כלומר, רק על ידי מערכות מחשוב יעילות נמוכה יותר, תוך כדי מהירויות יעילות של מערכות מחשוב יעילות של מערכות אבטחה סטנדרטיות, באמצעות רשתות אבטחה סטנדרטיות, באופן משמעותי, יעילות של מערכות מחשוב יעילות נמוכה יותר, באמצעות רשתות אבטחה סטנדרטיות, תוך שימוש במהירויות של מערכות מחשוב יעילות של מערכות מחשוב יעילות גבוהה יותר, תוך כדי סיליקון יעילות נמוכה יותר, תוך כדי סיליקון, תוך כדי סיליקון יעילות גבוהה יותר, תוך כדי סיליקון פחות יעילות של מערכות מחשוב יעילות נמוכה יותר, תוך

מה זה סיליקון Photonics?

פוטוניקה של הסיליקון היא פלטפורמה טכנולוגית המשלבת פונקציות פוטוניקה - כגון דור אור, מודולציה, routing וגילוי - על סיליקון substrate באמצעות מתקני ייצור מתכת-חמצני (CMOS) תהליכי ייצור (CMOS) תהליך ייצור, הרעיון הליבה הוא להשתמש אור (פוטונים) במקום אלקטרונים לשאת מידע, המציע יתרונות חד-חמצני במהירות, רוחב פס, ויעילות אנרגיה הסיליקון הוא בשימוש בגל אופטי של 1510 סביב NUMF) בדרך כלל עבור זרם חשמלי (NME) ו- 1510) בדרך כלל) ו-מטר (NUM) בדרך כלל) ו-עשר מעלות צלזיוס (NME) ו- N10) במקום אלקטרונים יעיל עבור שימוש ב- NME) במקום אלקטרונים יעיל עבור שימוש ב- NME) במקום אלקטרונים (NUMF) במקום אלקטרונים יעיל עבור שימוש ב- N10.

מרכיבים אופטיים מרכזיים שנבנו על סיליקון כוללים:

  • (ב) ויקרא י"א: "ה' י"א: "ה', ויקרא י'" (בראשית כ"ד, כ"ד).
  • (ב) ,0) ממולטורים: 1 מכשירים אשר מקודמים נתונים על נושא אופטי על ידי שינוי אינטנסיביות או שלב האור.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0 (ב) פילטרים: ⁇ 1) , (בשיתוף או מפריד בין אורכי גל שונים (DWDM ערוצים).
  • (ב) ⁇ :0) בני זוג ורופצים: חליל 1 (ב) אלמנטים עובריים אשר מציפים אור בין סיבים לבין השבב.

מכיוון שפוטניקה סיליקון ממנתה את אותם כלים ושרשראות אספקה המשמשים למיקרואלקטרוניקה, היא מרוויחה מעשרות שנים של השקעה בתשתיות ייצור זה מאפשר ייצור בנפח גבוה בעלויות טבע נמוכות יותר בהשוואה לטכנולוגיות רכיב אופטיות המבוססות על סוללת ליתיום חנקן או קונסוליום phosphide.

היתרונות העיקריים של סיליקון Photonics

שיעור העברת נתונים גבוה

פוטוניקה של הסיליקון תומכת בשיעורי נתונים שעולים הרבה יותר מחיבורי נחושת מסורתיים. transceivers המבוססים על פוטוניקה סיליקון כבר להשיג 100 Gbps, 200 Gbps, ו 400 Gbps לכל נתיב באמצעות פורמטים מתקדמים כגון PAM4. על ידי הפעלת גל פיזור של 800 Gbpsing (WDM), ערוצים אופטיים יכולים להיות מועברים מעל סיבים בודדים, לדחוף רוחב פס מצטבר לתוך טווח tper-bit פעיל של 20 אחוזים עבור פונקציות הפעלה חיוניות עבור פני שטח מודרני של תאים.

צמצום צריכת החשמל

אחד היתרונות המשכנעים ביותר של פוטוניקה סיליקון הוא יעילות האנרגיה שלה.קישורים אופטיים לצרוך פחות כוח באופן משמעותי בהשוואה לחיבורים חשמליים, בעיקר בגלל אותות קלים לא סובלים מהפסדים מנוגדים המייצרים חום בשרתים נחושת.עבור קישור מרכזי נתונים טיפוסי, photonics Transcerive פועל בערך 5-10 pJ /bit, בעוד עיצובים מתקדמים הם מתקרב 1 / Jbit זה יכול להפחית את עלויות החשמל באופן ישיר.

קומפקטיות ו Scalable

פוטוניקה הסיליקון מאפשרת תואר גבוה של miniaturization. כי מרכיבים פוטוניים מוטבעים באמצעות טכניקות ליתוגרפיה, הם יכולים להיות לעשות פקודות של גודל קטן יותר מאשר עמיתיהם אופטיים דיסקרטיים מוחלטים, כולל לייזרים, מודולרים וגלאים, ניתן לשלב על שבב יחיד מדידה רק כמה מ"מ רבועים.

ייצור זול-אווירי

על ידי בנייה על מתקני ייצור CMOS קיימים, photonics סיליקון להימנע מהצורך עבור קווי ייצור מיוחדים ויקרים אופטיקופטרוניים. אותם 300 מ"מ מעבדים שבבים עיבוד כי לעשות microprocessors וזיכרון ניתן להשתמש כדי לייצר מעגלים משולבים פוטוניים. תאימות זו מניעה את העלות לרכיב ומאפשרת דרוג מהיר של נפח הייצור.

תאימות עם אלקטרוניקה

פוטוניקה הסיליקון יכול להיות משולב עם מעגלים אלקטרוניים על אותו תת-קרקעי, או על ידי טכניקות אריזה מתקדמות כמו 2.5D ו אינטגרציה 3D. שילוב זה co-integration מאפשר הפיכה הדוקה בין רכיבי פוטוניקה ואלקטרוניקה נהיגה, צמצום מתג parasitic ממוקם כמו תאימות איכות אותות שיפור השלמות. אלקטרוניקה- photonic גם עיצוב מערכת סימולטורים: במקום בנפרד ומחבר אופטי, שבבים אופטיים, יכול לשפר את ה-C אחד כדי לשפר את ה-אופטיקה.

יישומים חלופיים

מרכזי נתונים

מרכזי נתונים הם השוק הגדול והמידי ביותר עבור פוטוניקה סיליקון.כפי שמפעילים Hyperscale בונים את היכולת של AI הכשרה, הזרמת וידאו ושירותי ענן, הצורך במערכות יחסים בעלות גבוהה, נמוך כוח נמוך הוא חריף.סיליקון photonics Transceivers כבר פרוס בקנה מידה עבור 100 GbE ו -400 GbE קישורים בתוך מתקנים.

תקשורת

ספקי שירותי תקשורת הם פריסת תמונות סיליקון עבור מערכות תחבורה WDM, רשתות גישה אופטית, ו-5G הקדמי מוביל / בחזרה חיבורים.היכולת לשלב פונקציות מרובות שבב יחיד להפחית את טביעת הרגל וצריכת החשמל של מסוף קו אופטי ויחידות רשת אופטית. עבור מטרו ורשתות ארוכות-haul, סיליקון מאפשר לנגיף פונקציות מרובות coherents תמיכה 400 Gbps יקר עבור פונקציות גדולות יותר, תוך כדי צמצום תפקודים דיגיטליים יותר, תוך כדי הגבלת אותות.

מחשוב גבוה

מחשבי מחשב ומאגרי מחשוב גבוהים (HPC) דורשים שקיפות נמוכה מאוד רוחב פס גבוה בין בלוטות compute, אחסון, ו מאיצים חשמליים. קישורים הפנים פנים מול אתגרים של אות במרחקים מעבר לכמה מטרים, מה שהופך קישורים אופטיים חיוניים עבור קיבולת המערכת. סיליקון תמונות מספק את האופטיקה הדחוסה, יעילה באנרגיה, I / O צריך לחבר אלפי צ'יפסים בתוך זוג מדגום חזק, כמו גם עם עדשות של עדשות של עדשות של עדשות של עדשות עם עדשות של עדשות של חומר נפץ, 000.

מערכות חיישן ו-LIDAR

מעבר לתקשורת, פוטוניקה סיליקון היא מציאת יישומים במערכות רגישות ומדידה.LIDAR (Light Detection and Ranging) עבור כלי רכב אוטונומיים הוא דוגמה בולטת. phonics הסיליקון יכול ליצור מערכות קומפקטיות, מוצקות-מדינה LIDAR אשר מסתמכות על מערךים אופטיים בשלב זיהוי (OPAs) עבור beam הנעה ללא חלקים נעים. השבבים אלה מציעים יתרונות בעלות, אמינות, וצורה בהשוואה ל-LARIDLOGIC, שימוש בהגדרות אופטיות, באופן דומה, בדיקות אופטיות, בדיקות אופטיות, ושינויים אופטיותרפיות, בדיקות אופטיות, ואפקטים.

אתגרים ומגבלות

אובדן וחבילה

אור הפיכה יעיל בין סיבים אופטיים חד-פעמיים ומדריכי גל סיליקון נשאר אתגר טכני.מצב שדה קוטר של סיבים חד-פעמיים סטנדרטיים (10 μm) גדול הרבה יותר מזה של גל מונחת סיליקון (~0.5 מיקרוסי), המוביל להפיכה הפסדים אלא אם כן משתמשים בני זוג מתקדמים או ממירים בגודלם של נקודה משמשים גם לעלויות כדי לשפר את רמת המידות שלה (כלומר, ולהוביל תהליכי אחסון נמוכה) אשר הוכחודות גבוהה יותר (אך ורק עלות) אשר הוכחודות).

טמפרטורה Sרגישות

רכיבים פוטוניים הסיליקון מציגים שינויים באינדקס תגובתי תלוי טמפרטורה, אשר יכול לגרום לשינויים באורכי גל התפעולי של מודולטורים ופילטרים. ביישומים רבים, בקרת טמפרטורה באמצעות קירור תרמו-אלקטרי נדרש כדי לשמור על ביצועים יציבים, הוספת צריכת חשמל ועלויות. עיצובים Athermal, שבו הרגישות הטמפרטורה מפצה על ידי שימוש בחומרים מחוסנים עם פונקציונליות טמפרטורה הפוכה, הם אזור פעיל של חקירה דיגיטלית מתקדמת גם לחץ על מנת להפחית את הדיוקן.

שילוב לייזר

הסיליקון עצמו הוא פולט אור עני בשל ה-Singp הדחוף שלו, כך שהמקור לייזר מסופק בדרך כלל על ידי חומר III-V כגון Indium phosphide או arsenide. טכניקות שילוב היברידיות, כולל קישור צ'יפ-צ'יפ והעברת הדפסה, משמשים כדי לחבר שבבים לייזר אלה לפלטפורמת פוטוניקה יעילה, בעוד שזה מוסיף מורכבות ועלויות בהשוואה לפתרונות מונוליטיים לחלוטין כדי לשילוב לייזרים (G) באופן ישיר, עד לשילוב חומרים חלופיים (VG) באופן ישיר, כמו שימוש ישיר, כמו גם על גבי סוללות לייזרים).

כיוונים עתידיים

Co-Packaged Optics (CPO)

אחד ההתקדמות הצפויה ביותר בפוטניקה סיליקון הוא המעבר לעבר אופטיקה משותפת ארוזה, שבו מנועי פוטוניקה משולבים ישירות לתוך אותה החבילה כמו מתג ASIC או מעבד. פלטה מנועי אופטיים קרוב לסיליקון מבטל את הצורך של עקבות חשמליים ארוכים מן הדחיסות ללוח הקדמי, צמצום צריכת החשמל ושיפור השלמות של תעשיית האות, כולל שיתוף הפעולה CPO בראשות מספר ספקים מרכזיים, הם לפתח סטנדרטים אופטיים עבור מנועי צילום מובילים.

צילום: Quantum Photonics

פוטוניקה הסיליקון נחקרת גם עבור מחשוב קוונטי ותקשורת קוונטית.ניתן ליצור qubits Photonic, מניפולציה, ו מזוהה על שבב הסיליקון, המאפשר מעבדי מידע קוונטיים קומפקטיים. מעגלים פוטוניים משולבים יכולים ליישם שערי הקוונטים, דור הסבך, ופרוטוקולים של התפלגות מפתח קוונטית (QD) בעוד עדיין בשלב המחקר, פוטנציאל להיקף רחב של מערכות קוונטיות יכול להפעיל מחדש של תהליכי צילום קיימים.

AI Optical interconnects

הצמיחה המהירה של עומסי עבודה בינה מלאכותית, במיוחד מודלים שפה גדולים ורשתות עצביות עמוקות, מציבה דרישות עצומות הן על משאבים תואמים והן על משאבי רשת. אשכולות אימון AI דורשות AllReduce ופעולות קולקטיביות אחרות שמעבירות כמויות עצומות של נתונים בין אלפי מאיצים. Optical interconnects המבוססים על פוטוניקה סיליקון יכול לספק רוחב פס ויעילות אנרגיה הדרושה כדי לאפשר את העבודה בקנה מידה מתפתח של רשתות אופטיות למחזור חשמליות של תמונות קריטיות להפצת תמונות מופצות של AI.

מסקנה

פוטוניקה הסיליקון מעצב מחדש את הנוף של תקשורת אופטית על ידי שילוב המהירות והפס רוחב הפס של אור עם כלכלת הייצור של אלקטרוניקה סיליקון. היתרונות שלה - שיעורי נתונים גבוהים, צריכת חשמל נמוכה, גורם צורה קומפקטי, ייצור חסכוני, ואינטגרציה חלקה עם אלקטרוניקה - להפוך אותו טכנולוגיה חיונית למרכזי נתונים מודרניים, רשתות תקשורת, ביצועים גבוהים ומערכות חיישן מתקדם. בעוד להישאר באריזות, ניהול טמפרטורה, ושילוב לייזר, קצב חיבור מהיר, הוא יעיל עבור מערכות מתקדמות, הוא יעיל של מערכות אבטחה מתקדמת, מתקדמים, מתקדמים, עם מהירות, מתקדמים, מתקדמים, מתקדמים, מתקדמים, מתקדמים, מתקדמים, הוא יעיל, עם מהירות משולבת, מתקדמים, פיתוח, סיליקון, הוא יעיל, הוא יעיל, מתקדמים, מתקדמים, עם מהירות, סיליקון מתקדם של מערכות אבטחה, מתקדמים, מתקדמים, מתקדמים, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, מהירות, סיליקון מתקדם של מערכות חיישן, מתקדמים, מתקדמים, עם מהירות, מתקדמים, מתקדמים, מתקדמים, יעיל, סיליקון מתקדם של מערכות אבטחה מתקדמת, מערכות אבטחה, הוא יעיל, הוא יעיל, מתקדמים, יעיל, מערכות חיישן מתקדם של מערכות חיישן, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, פיתוח, פיתוח, פיתוח, יעיל, מתקדמים, מתקדמים, מתקדמים, מתקדמים, מתקדמים, מתקדמים, פיתוח רשת תקשורת