La fotonica su silicio

imec_Figure 2_Hybrid CMOS Si photonics transceiver_HR_alternative 2

La trasmissione dei dati ottici è una risposta fondamentale al traffico dati in continua crescita. Oggi, i centri di elaborazione dati fanno uso di centinaia di migliaia di connessioni ottiche che interconnettono gli armadi rack dei server a velocità di rete che arrivano a 40 Gb/s. Negli anni a venire, la tecnologia dovrà essere ancora più performante: 100 Gb/s nel 2016, 400 Gb/s entro il 2019, fino anche ai Terabit/s sul lungo termine. In cima a questo, gli operatori nei data center propongono un obiettivo di costo di 1 dollaro per Gb/s. Le interconnessioni ottiche troveranno impiego anche nelle distanze più brevi - all’interno del rack del server, su scheda o persino su chip. E ciò è ancora più sfidante. Ciò di cui abbiamo bisogno è una tecnologia scalabile che consumi poca potenza (meno di un picojoule per bit), e che possa essere fabbricata in grandi volumi a un prezzo abbordabile.


Una tecnologia scalabile
In imec, usiamo la tecnologia fotonica su silicio per realizzare transceiver ottici. Nel 2015 abbiamo mostrato che la nostra tecnologia è scalabile in termini di prestazioni: abbiamo presentato diversi blocchi di base (modulatore ad anello in silicio, modulatore ad elettroassorbimento basato su germanio, filtro di multiplazione-demultiplazione, fotorivelatore in germanio su silicio) raggiungendo velocità di trasmissione dati di 50 Gb/s. Multiplando i segnali su otto diverse lunghezze d’onda, possiamo realizzare dei moduli ottici da 400 Gb/s. Inoltre, la tecnologia assicura un percorso verso il Terabit/s, per esempio adottando schemi di modulazione più avanzati. E realizzando la piattaforma fotonica su silicio su wafer da 300 mm, saremo in grado di migliorare le prestazioni ottiche e di rendere la piattaforma compatibile con le ultime tecnologie di integrazione 3D.

Ottimizzare il packaging
Ma se vogliamo raggiungere il nostro obiettivo di costo, sono necessari ulteriori sforzi. In particolare, l’assemblaggio e il packaging della tecnologie - in particolare, le interconnessioni e l’allineamento dei diversi blocchi di base - fanno lievitare il costo. La nostra tecnologia presenta un importante vantaggio rispetto alla fotonica discreta: integrando i modulatori, i filtri e il rivelatore su un chip singolo, questi blocchi di base sono automaticamente allineati. Nel 2015 abbiamo dato prova di una simile integrazione dei blocchi di base, e abbiamo mostrato che la nostra soluzione funziona a livello di sistema e con basse tensioni. Tuttavia, l’allineamento della fibra ottica rappresenta ancora una sfida da superare. Oggi, noi usiamo un allineamento attivo: inviamo la luce attraverso la fibra, accoppiamo la fibra e il chip, e una volta che l’accoppiamento è ottimale, li incolliamo assieme. Una soluzione di questo tipo è molto laboriosa e costosa. Al fine di realizzare i moduli in volumi più grandi, dobbiamo ricorrere all’allineamento passivo. E ciò può essere fatto solo con interfacce più lasche fra la fibra e il chip. Oggi l’accuratezza di allineamento richiesta per le interfacce è ancora troppo elevata (un micron o meno).

L’innovazione continua
I laser che generano i portatori per i segnali dati si trovano di fronte allo stesso problema. Il futuro è costituito da laser allineati passivamente e integrati in modo ibrido. Oppure, più nel lungo termine, da laser integrati monoliticamente e cresciuti direttamente sui substrati. In questo modo, non abbiamo più bisogno di un assemblaggio del laser su wafer. Nel 2015 abbiamo compiuto un importante passo in avanti. In collaborazione con l’Università di Ghent, abbiamo presentato le prime matrici di laser al fosfuro di indio cresciute monoliticamente su substrati da 300 mm.

Pubblica i tuoi commenti