矽光子技術邁入商業化,未來有助半導體產業因應不斷激增的運算需求。IBM官網
 
在多年努力之下,IBM日前宣布了矽光子學(Silicon Photonics)科技的新突破,開發出利用光脈衝來為矽晶片傳輸資料的新設計,經測試後已可突破以往限制,大幅提升傳輸的速度及距離,未來或可讓雲端時代邁向新的里程碑。

Phys.org網站報導,IBM Research的工程師首度克服矽光子技術進入商業化階段的瓶頸,設計出整合式波長多工(wavelength multiplexed)光子矽晶片,並完成測試,預計不久的將來就能用於生產100 GB/s的光收發器(optical transceiver),日後可協助資料中心為雲端運算及巨量資料(Big Data)應用提供更高的資料速率及頻寬。

IBM資深副總Arvind Krishna表示,就如同光纖技術加快資料傳輸率後,為電信業服務品質帶來了新氣象。矽光子技術邁入商業化後,運算系統速度及能源效率的提高,將可協助半導體業應付巨量資料及雲端應用裡不斷暴增的運算需求,為業者及用戶帶來龐大利益。 

矽光子技術是利用小型光學元件來發送光脈衝,並藉其於伺服器、大型資料中心、及超級電腦的晶片間高速傳送巨量資料,擺脫傳統昂貴的互連網路及擁擠的資料流量之束縛。

IBM矽光子晶片捨棄傳統銅線傳輸的方式,利用4種不同顏色的光於一條光纖中為運算系統進行資料傳輸,速度之快可在1秒內處理網路上6,300萬則Twitter推文或600萬張圖片分享,甚至還可在2秒內完成一部高畫質數位電影下載。

目前的資料中心多採用VCSEL技術,以多模光纖(multimode optical fiber)來進行訊號傳輸,然隨著遠距傳輸需求及資料量不斷暴增,也促使單模光纖(single-mode)技術開始發展。

IBM新一代CMOS整合式奈米光子技術(CMOS Integrated Nano-Photonics Technology)就結合了傳統晶片技術及光纖的優點,善用光學通訊的特殊屬性,例如能於公里級的距離用超高速度傳輸資料,而1個光纖中也可覆蓋多重顏色的光束以使資料傳輸量加倍,同時還能維持低耗能。

因此,電腦硬體間的距離不論是遠在天邊或近在咫尺,都能有效率且無縫地進行資料傳輸,不但為資料中心提供更符合成本效益的解決方案,還能讓廣大的雲端服務用戶群受惠。今日之IT系統及雲端運算服務肩負對巨量資料進行即時處理及分析的重任,這些資料必須能快速、流暢地在系統之間傳輸。

IBM的矽光子技術將可大幅紓解系統內及運算元件間的資料傳輸瓶頸,縮短回應時間,加快巨量資料的處理及分析時間,一旦成功進入商業化,將引領科技業跨入運算新紀元。
新聞辭典:集成矽奈米光子學技術
積體矽奈米光子學技術(Silicon Integrated Nanophotonics)中所提到的矽奈米光子,主要是利用光脈衝進行通訊,能以超快的速度傳輸超大容量數據,適合伺服器、數據中心、超級電腦等需要高性能運算的領域,解決傳統互連方式的瓶頸,和傳統材料組合成本高的問題。

IBM對於光互連技術的研究,已持續10多年,並在2010年提出「CMOS積體矽奈米光子」的概念,在光互連技術產生重大突破。IBM透過90奈米CMOS製程中,增加一個新的處理模組(process module),超小型波分多路複用器(Wavelength-Division Multiplexers;WDM)、調電器(modulators),和鍺探測器(germanium photodetectors)等多種不同矽奈米光子零件,都和高性能類比及數位CMOS電子電路整合。

如此一來,就可以在傳統半導體晶圓廠內,利用標準製程製造單晶片的光學互連收發器,而且,積體矽奈米光子技術較過去傳統做法更能節省成本,因為單晶片的光通訊收發器現在可以在標準的CMOS製程中鑄造,而非由昂貴的化合物半導體零組件組合而成。

IBM的積體矽奈米光子學技術嚴格說來,是光和電的結合,光子只是部分取代電子,但無法完全取代,因此和科幻小說中純粹的「光子計算機」仍有很大一段差距。但是IBM成功將矽奈米光子使用100奈米以下製程,在單顆矽晶片內,同時整合多種不同的光學零件和電子電路,可說是為投入商用鋪平最後道路。

Source:DigiTimes

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