IBM開發(fā)光與電路混載的CMOS芯片

　　美國IBM開發(fā)出了采用CMOS技術(shù)將光收發(fā)通路與電子電路集成在一枚芯片上的“CMOS Integrated Silicon Nanophotonics”技術(shù)。并在2010年12月1日于日本千葉幕張Messe會展中心舉行的半導(dǎo)體制造裝置相關(guān)展會“SEMICON Japan 2010”上就其發(fā)表了演講。

　　該技術(shù)是為IBM計劃2017年投入使用的ExaScale（1018FLOPS）超級計算機系統(tǒng)開發(fā)的。據(jù)IBM介紹，與其他競爭公司的技術(shù)相比，工藝的微細(xì)化及集成化程度提高了10倍以上。

　　IBM表示，預(yù)定2011年投入使用的新一代超級計算機“Blue Waters”的芯片間布線數(shù)量約為100萬條。而力爭2017年投入使用、速度比Blue Waters快100倍以上的ExaScale機型，預(yù)計芯片間布線數(shù)量將會達(dá)到1億條。

　　為了應(yīng)對布線數(shù)量的增加，與采用電氣布線相比，采用光布線在集成化方面更為有利。IBM表示“這是因為采用光布線的話，能夠使用可重合多個通道的 WDM（波分復(fù)用）技術(shù)”。通過將連接微處理器之間或者微處理器內(nèi)核之間的布線改為采用WDM技術(shù)的光電路，可同時實現(xiàn)傳輸通路的大容量化與集成化。

　　IBM從2006年以來一直在名為“SNIPER（Silicon Nanoscale-Integrated Photonic and Electronic tRansceiver）”的項目中，推進(jìn)光電路與電氣電路混載技術(shù)的開發(fā)。2006年開發(fā)出了光延遲電路，2007年開發(fā)出了硅光調(diào)制器，2008年開發(fā)出了硅光開關(guān)，2010年開發(fā)出了具備電子電路放大功能的受光元件，以及可靠性比原來大幅提高并具備CMOS工藝兼容性、基于Ge-on-insulator技術(shù)的雪崩光電探測器（avalanche photo detector，APD）。

　　除了基礎(chǔ)要素技術(shù)之外，IBM還推進(jìn)了這些技術(shù)的集成化。IBM已采用CMOS技術(shù)制作完成了可將收發(fā)光信號的6通道重合為一條波導(dǎo)通路的WDM芯片。芯片尺寸方面，發(fā)送端為3.7mm×0.35mm，接收端為3.7mm×0.5mm。“目前很多企業(yè)都在開發(fā)硅光子技術(shù)，不過集成度都很低，估計勉強只能實現(xiàn)每個光收發(fā)通道6mm2的集成度。而我們的技術(shù)卻實現(xiàn)了每通道0.5mm2”（IBM）。

　　據(jù)IBM介紹，通過WDM技術(shù)將每通道數(shù)據(jù)傳輸速度為20Gbit/秒的50條光收發(fā)電路合成一條波導(dǎo)通道，然后將數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)到1Tbit/秒的光收發(fā)電路集成在4mm見方CMOS芯片上的技術(shù)已經(jīng)有了眉目。“不算電極板及電容器部分面積的話，可在2mm見方的芯片上實現(xiàn)”（IBM）。