Интеграции оптических компонентов в существующих конструкциях чип

Два с половиной года назад, группа исследователей, возглавляемая группы Массачусетского технологического института, Калифорнийского университета в Беркли, Бостонский Университет объявил этап: изготовление рабочей микропроцессор, построенный с использованием только существующих производственных процессов, что интегрированных электронных и оптических компонентов на одном чипе.

Подход исследователей, однако, требует, чтобы электрические компоненты чип будет построен из того же слоя кремния, так как его оптических компонентов. Это означало, опираясь на старые технологии чип, в котором слои кремния для электроники были достаточно толстыми для оптики.

В последнем номере журнала природа, команда из 18 исследователей, возглавляемая тот же МИТ, Беркли и БУ группировками, сообщает еще один прорыв: техника для монтажа на микросхеме оптики и электронных отдельности, что дает возможность использовать более современные транзистор технологий. Опять же, эта техника требует только существующие производственные процессы.

«Самая перспективная вещь об этом является то, что вы можете оптимизировать свой фотоники независимо от вашей электроники», — говорит Амир Атабаки, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории Массачусетского технологического института электроники и одного из трех первых авторов на новые бумаги. «У нас есть различные кремниевых электронных технологий, и если мы можем просто добавить фотоники для них, это была бы отличная возможность для будущих коммуникаций и вычислительных чипов. Например, теперь мы можем представить себе производителя микропроцессора или производителем графического процессора, как Intel или NVIDIA, говоря, ‘это очень приятно. Теперь мы можем иметь фотонных вход и выход для нашего микропроцессора или видеокарты’. И они не должны сильно измениться в процессе их получить прирост производительности на микросхеме оптики».

Свет привлекательность

Переход от электрической связи для оптической связи является привлекательным для производителей чипов, поскольку это может значительно увеличить фишки’ скорость и уменьшить расход энергии, и это преимущество будет становиться все более важным в качестве фишек’ транзистор счетчик продолжает расти: в полупроводниковой промышленности Ассоциации подсчитали, что при нынешних темпах роста, компьютеров энергетических потребностей превысит в мире общая Выходная мощность к 2040 году.

Интеграция оптических … или «фотонный» — и электронных компонентов на одном чипе позволяет снизить энергопотребление еще больше. Оптические коммуникационные устройства находятся на рынке сегодня, но они потребляют слишком много энергии и генерировать слишком много тепла, чтобы быть интегрированы в электронный чип, такой как микропроцессор. Коммерческий модулятор — устройство, которое кодирует цифровой информации на световой сигнал — потребляет от 10 до 100 раз больше энергии, чем модуляторов, построенных на новом чипе исследователей.

Он также занимает от 10 до 20 раз больше пространства для стружки. Это потому, что интеграция электроники и фотоники на том же чипе позволяет Атабаки и своих коллег, чтобы использовать более компактные конструкция модулятора на основе фотонных устройства, называемого кольцевого резонатора.

«У нас есть доступ к фотонной архитектуры, Вы не можете нормально использовать без встроенной электроники» Атабаки объясняет. «Например, сегодня нет рекламы оптически приемопередатчик, использующий оптические резонаторы, потому что вы нужны значительные возможности электроники, чтобы контролировать и стабилизировать резонатор.»

Атабаки со-во-первых-авторы на природе бумаги Саджади Moazeni, аспирант в Беркли, и Фабио Паванелло, который был постдоком в университете Колорадо в Боулдере, когда работа была закончена. Старший авторов Раджив рам, профессор электротехники и компьютерных наук в массачусетском технологическом институте; Владимир Стоянович, адъюнкт-профессор электротехники и компьютерных наук в Беркли; и Милош Попович, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Бостонском университете. Они присоединились 12 другие исследователи в mit, Беркли, Бостонский Университет, Университет Колорадо, Университет штата Нью-Йорк в Олбани, и Аяр лаборатории, интегрированная фотоника автозапуска, оперативной памяти, Стоянович, и Попович помог найти.

Кристаллы размера

В дополнение к миллионам транзисторов для выполнения вычислений, исследователей новый чип включает в себя все компоненты, необходимые для оптической связи: модуляторы, волноводы, которые направить свет через чип; резонаторы, которые отделяют различные длины волн света, каждый из которых может нести различную информацию; и фотоприемников, которые переводят входящие световые сигналы обратно в электрические сигналы.

Кремния, который является основой большинства современных компьютерных чипов, должен быть изготовлен поверх слоя стекла с получением полезных оптических компонентов. Разность показателей преломления кремния и стекла-градусы, на которые материалы согнуть свет-это то, что ограничивает свет на кремниевые оптические компоненты.

Ранее рабочий по комплексному фотоники, который также возглавил ОЗУ, Стоянович, и Попович, вовлеченных в процесс под названием вафли соединения, в которых один, большой кристалл кремния сплавляют слоем наплавленного стекла на отдельный чип. Новая работа, в обеспечении прямого осаждения кремния с различной толщины, на верхней части стекла, должны пробавляться так называемого поликремния, который состоит из множества мелких кристаллов кремния.

Монокристаллического кремния полезна как для оптики и электроники, но в поликремния, есть компромисс между оптической и электрической эффективности. Большой кристалл поликристаллического кремния является эффективным при проведении электричества, но большие кристаллы рассеивают свет, снижает оптическую эффективность. Малый кристалл рассеивает поликремния света меньше, но это не столь хороший проводник.

Используя производственные мощности в suny-Олбани колледжи для Наноразмерных наук и инженерии, исследователи попытались из серии рецепты для осаждения поликремния, различные Тип сырья кремния используется, температуре и времени, пока они не нашли тот, который предложил хороший компромисс между электронными и оптическими свойствами.

«Я думаю, что мы должны прошли более 50 кремниевых пластин, прежде чем найти материал, который был просто в порядке», Атабаки говорит.

Originally posted 2018-04-20 01:26:00.

Related posts

Leave a Comment

2 + тринадцать =