Теги → оптроника

Ayar Labs представила оптический чиплет-трансивер TeraPHY

Разработки в области гибридной электроники, сочетающей в себе традиционные и оптические технологии, ведутся давно. Так, о стартапе Ayar Labs и его разработках стало известно ещё в 2015 году. Теперь же компания готова к выпуску серийного продукта, о чём и рассказала в подробностях WikiChip Fuse

Усилия Ayar Labs сконцентрированы на создании системы оптического интерконнекта для замены текущих технологий SerDes. Первым официальным продуктом компании стал чиплет Terabit PHY, или, сокращённо, TeraPHY. 

Образец ПЛИС Intel Stratix 10 с двумя чиплетами TeraPHY (справа)

Образец ПЛИС Intel Stratix 10 с двумя чиплетами TeraPHY (справа) Источник: WikiChip Fuse

Чиплет использует 45-нм техпроцесс RF SOI и имеет площадь менее 50 мм2. С прочими компонентами в упаковке TeraPHY общается по 24 AIB-каналам — максимальная пропускная способность составляет 960 Гт/с (гигатрансфер в секунду). Электронно-оптическим преобразованием занимаются особые волноводы с системой кольцевых резонаторов. Их в чиплете 10, общая пропускная способность достигает 2,56 Тбит/с. 

В качестве внешнего источника излучения используется лазер SuperNova собственной разработки. В текущей версии SuperNova поддерживает до 16 длин волн и до 256 каналов с общей пропускной способностью 8,192 Тбит/с. 

Пока речь идёт о прототипах, но имеющиеся образцы Stratix 10 с новыми чиплетами на борту вполне работоспособны. Использование TeraPHY позволит повысить энергетическую эффективность, увеличив пропускную способность при сохранении прежнего энергопотребления. 

У технологии довольно светлое будущее, поскольку уже существуют образцы лазеров с 32 длинами волн и активно ведутся разработки лазера, использующего 64 длины волн. О своих планах Ayar Labs объявила ещё на SC19, и её программа поставок образцов партнёрам начнёт действовать уже в начале первого квартала текущего года.

Усовершенствованная система проектирования Conventor SEMulator3D теперь работает с оптроникой

Программный комплекс Conventor SEMulator3D изначально разрабатывался в качестве инструмента проектировщика микромеханических систем (MEMS), но с постепенной адаптацией идеи трёхмерных структур в электронике он стал использоваться различными компаниями-разработчиками для проектирования таких элементов, как транзисторы FinFET с объёмным затвором, структур 3D NAND и даже новых головок для жёстких дисков. На сегодняшний день половина пользователей SEMulator3D используют систему именно для проектирования микроэлектроники.

Фрагмент первого оптико-электронного процессора

Фрагмент первого оптико-электронного процессора

Но, как оказалось, на этом возможности данного комплекса не заканчиваются. Компания-разработчик собирается дополнить своё детище библиотеками, позволяющими проектировать оптронные и смешанные оптико-электронные микроструктуры. Оптроника, к сожалению, пока развивается медленнее, чем хотелось бы, но уже появляются первые примеры гибридных чипов и оптических сопроцессоров, а со временем их будет становиться всё больше и разработчикам потребуется соответствующий инструментарий. Благодаря стараниям сотрудников Conventor такой инструментарий уже появился.

Моделирование оптических элементов в SEMulator3D

Моделирование оптических элементов в SEMulator3D

В настоящее время комплекс Conventor SEMulator3D включает в себя библиотеки, позволяющие проектирование структур с размерностью менее 14 нм, трёхмерных структур микроэлектроники, микромеханических структур, магнитных головок и оптических устройств. Он позволяет полностью эмулировать производственный процесс, а следовательно, и отлавливать и искоренять ошибки в дизайне чипа прежде, чем тот будет запущен в настоящее, не виртуальное производство. Такая возможность позволяет разработчикам микроэлектронных устройств сэкономить немало времени и средств. Сейчас Conventor работает над дальнейшим усовершенствованием системы SEMulator3D, что позволит использовать её для анализа различных сложных случаев и даже оценки выгодности применения фотолитографии на основе экстремального ультрафиолета (EUV).

Создан самый маленький в мире оптический затвор

Перспективы у оптоэлектроники есть, и немалые. Но её внедрение тормозит отсутствие многих необходимых элементов, аналоги которых имеются в традиционной кремниевой электронике. Но прогресс понемногу идёт. Так, группа исследователей из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) под руководством профессора Юрга Лютольда (Juerg Leuthold) смогла создать самый маленький в мире оптический затвор или, как его ещё можно назвать, «выключатель». Габариты устройства настолько малы, что меньше даже длины волны коммутируемого им светового потока.

Серебряная (источник запирающего атома) и платиновая пластины расположены поверх оптического волновода

Серебряная (источник запирающего атома) и платиновая пластины расположены поверх оптического волновода

Сам по себе затвор настолько мал, что к нему уже применимы атомарные габариты; в сущности, система может использовать в качестве активного элемента единственный атом серебра, расположенный между серебряной и платиновой подложками. При подаче напряжения атом (или несколько) перекрывает оптический канал, при снятии —  напротив, освобождает. Напоминаем, вся система гораздо меньше самого тонкого лазерного луча, но может работать со световыми волнами привычных параметров, а значит, вполне применима в разрабатываемых ныне оптоэлектронных схемах. Разработчики с полным правом называют своё детище «наномодулятором».

Так выглядит опытная установка

Так выглядит опытная установка

Конечно, речь идёт не о свете в привычном понимании этого слова, а о плазмонах — структурах, возникающих, когда свет передаёт свою энергию электронам внешнего атомарного слоя металлической поверхности, заставляя их вибрировать с частотой используемого света. Метод пока несовершенен, исследователи планируют улучшить литографический процесс получения подобных плазмонных затворов. Имеющиеся образцы хотя и работают при комнатных температурах, но их скорость переключения оставляет желать лучшего: пока речь идёт о мегагерцах или сотнях килогерц. Учёные надеются достичь гигагерцевого диапазона, а впоследствии достигнуть и терагерцевого барьера.

Оптическая "оперативка" как способ снизить энергопотребление ИС

Бельгийские исследователи из компании IMEC, подразделения Университета Гента (Ghent University), предложили интересную возможность для снижения потребляемой мощности микросхем оперативной памяти - ими опубликован доклад с предложением разместить на обычном кремниевом кристалле микросхему оптической оперативной памяти. Ноу-хау планируется применять в оптических телекоммуникационных системах - в этом случае отсутствует необходимость в конвертации оптического сигнала в электрический, и обратно, за счет чего и осуществляется снижение потребляемой интегральными микросхемами мощности. По проекту бельгийских разработчиков оптическая оперативная память будет изготовляться из индий-фосфидных лазеров, имеющих дисковую форму и диаметр всего 7,5 микрометров. Лазерное излучение в этом случае будет распространяться в двух взаимно противоположных направлениях, а переключение между двумя режимами работы лазера осуществляется при помощи коротких импульсов оптического излучения. Интересной особенностью оптической памяти с произвольным доступом является использование кремниевых волноводов, которые соединяют в единую систему различные ячейки памяти. Это позволяет изготовлять интегральные микросхемы с применением известных технологий, оперирующих с кристаллами кремния, что снижает себестоимость готовой продукции. Но насколько существенной окажется экономия электроэнергии пока неизвестно, остается под вопросом и себестоимость оптической памяти, и готовность технологии к серийному производству. Материалы по теме:
window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥