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IBM:CMOS矽奈米光子明年商用化

上網時間: 2010年12月02日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:IBM  矽奈米光子  CMOS  CISN  晶片 

IBM 聲稱,從2011年起,矽晶片將邁向以光脈衝(pulses of light)而非電荷(electrical charge)來進行溝通;該公司於12月1日在日本舉行的Semicon Japan展會上,透露其 CMOS 整合矽奈米光子(CMOS Integrated Silicon Nanophotonics,CISN)技術的細節。

在該場展會上,IBM預言矽奈米光子將是實現未來“exascale”等級處理器的推手,可能達到每秒百萬兆次運作(a million trillion operations per second)的水準,也就是比目前“petascale”等級的超級電腦速度快1,000倍。「IBM目前正在開發的CMOS矽奈米光子技術,可藉由擴大每顆晶片的收發器頻寬與整合密度,以因應exascale規格系統的需求。」參與 CISN 研發專案的IBM研究人員Will Green表示。

Green是與IBM旗下位於美國紐約州T.J Watson研究中心的矽整合奈米光子計畫經理Yurii Vlasov,以及Solomon Assefa、Alexander Rylakov、Clint Schow與Folkert Horst等研究人員共同工作。近十年來,包括IBM、惠普(HP)、英特爾(Intel)、飛思卡爾半導體(Freescale)、NEC、三星電子(Samsung Electronics)與IMEC等公司,還有包括Avago、Luxtera等夥伴,都將矽光子視為CMOS技術領域必然可實現的未來。

透果將電到光(electrical-to-optical)與光到電(optical-to-electrical)收發器整合到傳統CMOS晶片上,這種矽光子被看好能突破目前開發exascale等級運算平台的瓶頸。IBM則聲稱,其CISN技術已經解決了相關問題,目前也已開始授權給合作夥伴,並可望在2011年看到採用該技術的商用收發器。

「目前的情況就類似當年Marconi首度展示橫跨大西洋的無線電發射;」市場研究機構The Envisioneering Group首席分析師Rick Doherty表示:「在今日,我們的數位系統、主機板與晶片被“海洋”所分隔,而IBM已經證實,能利用傳統的整合性CMOS製程,讓光學互連技術橫跨那些“海洋”。」

2006~2011年半導體市場預測
IBM的全矽晶光學收發器在單一CMOS晶片內整合了調變器、光波導、分波多工器、開關與探測器等

自2005年起,IBM 研究中心已經收集了建構完整CMOS光學連結生態系統所需的光學元件,能讓電子晶片透過光學互連、取代銅導線與匯流排進行溝通;到目前為止,IBM已經展示了以CMOS製程打造的光學調變器(modulator)、光波導(wave guides)、分波多工器(wavelength-division multiplexers)、開關(switches)與探測器(detectors)。

至於僅剩的一個元件──矽發射器(emitter),IBM也透過添加了奈米管的方法成功展示;只不過預計明年問世的IBM整合性矽光子,還是將採用以傳統三五族(III-V)半導體材料製成的發射器。最近IBM以CISN技術所掃除的一大障礙,是能將一層鍺層(germanium layer)埋在其CMOS堆疊底部。

其他廠商如飛思卡爾,則是與新創公司Luxtera合作,採用一種鍺殿後(germanium-last)製程,展示了一款矽光學收發器;但IBM聲稱,其鍺優先(germanium-first)製程,能將晶片尺寸縮小至10比1,讓內含矽光學收發器的65奈米CMOS晶片,達到二分之一平方公釐(因此能以小於5平方公釐的尺寸,集結成可達到每秒terabit速度的晶片)。

目前IBM正在進行以商用晶圓廠生產CISN製程的特徵化,並預計採用該公司授權技術的第一批CMOS光學收發器,將在明年問世。該公司也預言,其CISN技術將逐步達成系統之間、同一系統內主機板之間、以及同主機板內晶片之間的通訊;然後到2016年,將實現為單一CMOS微處理器內的各核心扮演溝通橋樑的角色。

(參考原文: IBM debuts CMOS silicon nanophotonics,by R. Colin Johnson)





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