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Imec、次世代DCIを狙うシリコンフォトニクスポートフォリオ

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October, 24, 2019, Leuven--ECOC 2019でImecは、ゲーント大学(Ghent University)のIDLab、フォトニクスリサーチグループとともに、シリコンフォトニクス(SiPho)技術開発の画期的な成果を紹介した。実証されたビルディングブロックは、400Gb/sを超える光リンク、次世代データセンタースイッチのワンパッケージ・オプティクスで、今後のデータセンターにおける重要なデータ伝送技術である。注目は、TSVアシスト、高密度(Tbps/㎜2) CMOS-SiPhoトランシーバプロトタイプ、ローパワー106Gb/s PAM-4 SiPhoトランスミッタ、高速Ge/Si アバランシュフォトダイオード、超広帯域低損失SMFカプラ。
 インターネットとその関連アプリケーションの飛躍的成長により、データセンターは、継続的に性能を高め、非常に小さな消費電力とフットプリントの光インタコネクトの導入を強いられている。次の数年でデータセンター光リンクは、100Gb/s PAM-4レーン/リンクで400Gb/s容量にアップグレードされる。その結果、単一のデータセンタースイッチで扱われるアグリゲート帯域は、51.2Tb/sに増加し、それにより超高密度SiPhoトランシーバ技術、スイッチCMOSチップとの密接に統合され、ワンパッケージ化が求められている。
 こうした困難な拡張要求に直面している業界を支援するためにImecとその研究機関ゲーント大学は、主要技術ビルディングブロックを開発している。これには200mmおよび300mmウエハ、imecのSiフォトニクスプラットフォームを利用し、高速エレクトロニクスを組み合わせる。
 imecのオプティカルI/Oプログラムディレクタ、Joris Van Campenhoutは、「われわれのR&Dプログラムは、Siフォトニクス技術のさまざまなレベル、プロセス統合、個々のコンポーネント開発、サブアセンブリレベルで大きな改善を達成した」とコメントしている。
 imecがECOCで紹介したハイライトの1つは、初のスルーシリコンビア(TSV)アシストハイブリッドFinFET CMOS/Si-フォトニクストランシーバ技術。このプロトタイプは、データレート40Gb/s NRZで動作し、超低消費電力と優れた帯域密度(1Tbps/mm2)を統合して、将来のデータセンタースイッチで超高密度ワンパッケージオブティクスへの道を開くものである。
 Imecとゲーント大学は、変調フォーマットにPAM-4を使用する106Gb/sトランスミッタも紹介した。この4レベル変調フォーマットは、500m 53Gbaudシングルレーン伝送に選択すべき変調フォーマットとして先ごろ、業界に採用された。他のPAM-4トランスミッタと比較して、imecのソリューションは、イコライゼーションやDSPを使わず、2つの並列GeSi電界吸収変調器を組み込んでいる。これにより非常にコンパクトで低消費電力(1.5pJ/b)トランスミッタが実現しており、1km SMFで106Gb/sデータ伝送ができる。
 Imecは、ハイブリッドSi/SiNフォトニックプラットフォームベースで、改善されたエッジカプラデザインも実証している。層スタックのイノベーションにより、業界標準SMF、OバンドおよびCバンド動作で、-1.5dB/ファイバ結合効率を上回る性能を達成。受信側では、高速Ge/Siアバランシュフォトディテクタを紹介。これは8および32GHz帯域の増幅利得。これらアバランシュフォトディテクタは、データレート40Gb/s超で、レシーバ感度と光リンクマージン改善の大きな可能性を示すものである。