Intel Labs ha anunciado un importante avance en su investigación sobre fotónica integrada: la siguiente fase para aumentar el ancho de banda de las comunicaciones entre el silicio informático de los centros de datos y las redes.
De este modo, la última investigación presenta avances líderes en el sector en óptica integrada de múltiples longitudes de onda, incluida la demostración de un conjunto de láseres de retroalimentación distribuida (DFB, por sus siglas en inglés) de ocho longitudes de onda que está totalmente integrado en una oblea de silicio.
De esta manera, esto permite ofrecer una excelente uniformidad de potencia de salida de +/- 0,25 decibelios (dB) y una uniformidad de espaciado de longitudes de onda de ±6,5% que supera las especificaciones del sector.
Este avance permitirá la producción de la fuente óptica con el rendimiento necesario para futuras aplicaciones de gran volumen, como la óptica co-empaquetada y la interconexión informática óptica para cargas de trabajo emergentes con uso intensivo de la red, incluyendo la inteligencia artificial (IA, por sus siglas en inglés) y el aprendizaje automático (ML, por sus siglas en inglés).
El conjunto de láseres se ha creado en el proceso de fabricación fotónica de silicio de 300 milímetros de Intel para allanar el camino hacia la fabricación de grandes volúmenes y el despliegue a gran escala.
Para 2025, Gartner prevé que, en 2025, la fotónica de silicio se utilizará en más del 20% de los canales de comunicación de los centros de datos de gran ancho de banda, frente a menos del 5% en 2020, y representará un mercado total disponible de 2.600 millones de dólares. De este modo, la creciente demanda de bajo consumo de energía, gran ancho de banda y transferencia de datos más rápida está impulsando la necesidad de la fotónica de silicio para apoyar las aplicaciones de los centros de datos y más allá.
Las conexiones ópticas empezaron a sustituir a los cables de cobre en 1980 debido al gran ancho de banda inherente a la transmisión de la luz en las fibras ópticas en lugar de los impulsos eléctricos transmitidos a través de cables metálicos. Desde entonces, la tecnología se ha vuelto más eficiente gracias a la reducción del tamaño y el coste de los componentes, lo que ha provocado avances en los últimos años en el uso de interconexiones ópticas para soluciones de red, normalmente en conmutadores, centros de datos y otros entornos informáticos de alto rendimiento.
Con el aumento de las limitaciones de rendimiento de la interconexión eléctrica, la integración de los circuitos de silicio y ópticas una al lado de la otra en el mismo paquete promete una futura interfaz input/output (I/O) con mayor eficiencia energética y mayor alcance. Estas tecnologías fotónicas se han logrado en la fábrica de Intel utilizando las tecnologías de proceso existentes, lo que se traduce en una reducción de los costes de fabricación a gran escala.
Las recientes soluciones ópticas de co-empaquetado que utilizan la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM por sus siglas en inglés) han demostrado ser prometedoras para aumentar el ancho de banda al mismo tiempo que reducen significativamente el tamaño físico de los chips fotónicos. Sin embargo, hasta ahora ha sido muy difícil producir fuentes de luz DWDM con una separación de longitudes de onda y una potencia uniformes.
Este nuevo avance garantiza una separación consistente de las longitudes de onda de las fuentes de luz al mismo tiempo que se mantiene una potencia de salida uniforme, con lo que se cumple uno de los requisitos de la interconexión informática óptica y la comunicación DWDM. La próxima generación de I/O de computación que utiliza la interconexión óptica puede adaptarse a las demandas extremas de las cargas de trabajo de IA y ML del futuro con gran ancho de banda.
El conjunto DFB de ocho longitudes de onda se ha diseñado y fabricado utilizando la plataforma comercial de fotónica híbrida de silicio de 300 mm de Intel, que se utiliza para fabricar transceptores ópticos de producción en volumen. Esta innovación supone un importante avance en la capacidad de fabricación de láseres en una fábrica de semiconductores de óxido metálico complementarios (CMOS por sus siglas en inglés) de gran volumen, al utilizar la misma tecnología litográfica que se emplea para fabricar obleas de silicio de 300 mm con un estricto control del proceso.
Para esta investigación, Intel ha utilizado una litografía avanzada para definir las rejillas de la guía de ondas en el silicio antes del proceso de unión de las obleas III-V. Esta técnica ha permitido mejorar la uniformidad de la longitud de onda en comparación con los láseres de semiconductores convencionales fabricados en obleas III-V de 3 ó 4 pulgadas. Además, gracias a la estrecha integración de los láseres, el conjunto también mantiene su espaciado entre canales cuando se modifica la temperatura ambiente.
