科技工作者之家
科技工作者之家APP是专注科技人才,知识分享与人才交流的服务平台。
科技工作者之家 2020-08-21
来源:中科院半导体所
在三个关键系统模块(处理器,内存和互连(I/ O))之间需要互相协调,每个要都在更好的提升性能。随着按各种指标衡量的处理器和内存速度已得到了大幅提高,所以互连也需要跟上发展,以免整体性能被卡了脖子!但是铜缆链路正面临着一些明显的障碍。电光互连似乎是解决方案,但要使其发挥潜能并与硅一起工作一直是一个重大挑战。英特尔/ Ayar项目尚未实现这些目标,但确实朝着这些目标迈出了重要一步。在2020年光纤会议(OFC)上的线上演示中,Ayar展示了其TeraPHY光学芯片技术,该技术已集成到通常使用铜互连的改进型商用IC(英特尔Stratix 10 FPGA)中(图2)。
这是一种非常高级的光学I / O系统架构,图片显示了主要组件的互连从硅电子中产生光数据流并不仅仅是先进的LED、激光二极管、增强掺杂或独特的制造结构的问题,尽管这些结构都具有更高的性能和扭曲度。。相反,它需要一种新的思维方式,需要先进的深层电光物理学见解,其中涉及合适结构中电子、电场和光子之间的关系。
利用硅光子技术
基本设计是基于使用硅光子学作为构件,包括波导、定向耦合器和微环谐振器。与广泛使用的马赫-曾德尔干涉仪(MZI)相比,后者是耦合和能量传输的首选,因为它提供了大约缩小100倍的小尺寸,25-50倍的高带宽密度和50倍的高能量效率。然而,它也需要更复杂的设计和精密制造。
Ayar公司的TeraPHY芯片片采用GlobalFoundries公司的45-nm SOI CMOS制造工艺制造,该芯片集成了微米级的光波导。TeraPHY芯片上的光波导被蚀刻在硅片中,提供的功能是基于铜的能量和信号路径的光学模拟。将两个波导靠近,就能将光子和功率从一个波导转移到另一个波导,从而形成一个能量耦合器。在耦合器内,一个直径为10微米的微环谐振器可以对相位进行电调制,并控制光的方向,要么通过芯片,要么直至芯片顶部,从而创建I/O端口。
TeraPHY平台由单片集成的硅光子和CMOS组成(图3),采用倒装片系统封装(SiP),可将一个SoC的综合功能拆分在一个封装的多个小芯片上。这些小芯片采用密集、节能、短距离的封装内电气互连方式互连在一起。
图片展示了一个TeraPHY芯片的例子,显示了16通道25G光子发射(Tx)和接收(Rx)宏以及相应的串行器/解串器(SerDes)(a)。多芯片模块(b)的分解图包括一个系统级芯片裸片和两个TeraPHY芯片。(来源:Ayar Labs)
SiP技术的主要优势在于能够使每个小芯片提供不同的专门功能,并使用最适合实现该功能的工艺技术进行制造,只要该小芯片仍可以符合标准的SiP集成和封装约束。这类似于在SiP中使用高密度CMOS来制作处理器或FPGA,再加上专业的模拟处理来实现精密数据采集和调理。
尽管目标为1pJ / bit,但在这种类型的设计中,散热方面的考虑与电子和光学方面的考虑一样重要,因为SoC耗散了300W,TeraPHY耗散4.7W。分析表明,解决TeraPHY耗散问题的实用解决方案将其分为TxRx,电气I/O和GPIO区域。
当然,封装也是分析的一部分,所得到的温度曲线说明了高性能系统中预期的热环境(图4)。尽管CMOS器件可以承受这些工作温度,但任何共封装的激光器都将降低效率并降低可靠性,因此TeraPHY被设计为使用外部激光源。
图4是多芯片模块(MCM)的等距剖视图
来源:bdtdsj 中科院半导体所
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1OTExNzkzNw==&mid=2650453386&idx=3&sn=ec38c429245df6d060fbec53a8e2d3f8&chksm=f273d394c5045a8282f9923d523c0512a3d69572d53fc51f1affa8544827b9e596e44ea379ce#rd
版权声明:除非特别注明,本站所载内容来源于互联网、微信公众号等公开渠道,不代表本站观点,仅供参考、交流、公益传播之目的。转载的稿件版权归原作者或机构所有,如有侵权,请联系删除。
电话:(010)86409582
邮箱:kejie@scimall.org.cn
CMOS后道集成和氧化物半导体领域取得重要进展
集成CMOS芯片的大规模并行神经记录微线阵列
国产”红芯抄袭遭打脸,再一次感受“缺芯”之痛!
西安交大科研人员发明新型全CMOS亚阈值电压基准源
我们接近使用光芯片取代电芯片?
上海微系统所实现基于III-V族量子点确定性量子光源和CMOS兼容碳化硅的混合集成光量子学芯片
全球CMOS霸主格科微上市:市值880亿元,TCL、小米是股东
CMOS
CMOS浮沉:从双雄缠斗到中国制造
核心芯片