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IBM宣佈研製出硅晶片尺寸級的電光調變器
發佈時間:2008.01.08 04:57 來源:eNet矽谷動力 作者:Dieter編譯
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! H0 m; H0 P' L4 }1 V! s 前言:以往Mach-Zehnder電光調變器約1公分大小,而IBM實驗室透過「奈米光學波導結構」將其縮至100微米大小,大幅縮小後的Mach-Zehnder電光調變器,將可放入硅晶片內,成為硅晶片內的高速傳輸通道。 ) L* j4 ~7 k6 j0 f1 o; J2 j
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IBM正式宣佈,其位在紐約的華生實驗室,已成功研發出如硅晶片般微小的電光調變器(Electro-Optical Modulator),該調變器大小僅100微米,傳輸率卻達10Gbps,傳輸效能一點都不遜於今日一般以單獨、離散方式產制的電光調變器。
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8 x8 t. n9 R) f. W4 c3 v* [" C. C 事實上有多種方式,可研製電光調變器,例如用環形共振方式也可以做出電光調變器,不過環形共振法不容易製造,所以IBM用的是Mach-Zehnder法,Mach-Zehnder法運用干涉計方式來實現電光調變器。
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2 h/ X/ f$ S1 P+ U, e9 s 一般而言用Mach-Zehnder法製成的電光調變器其尺寸約1公分左右,而此次IBM研發成功的Mach-Zehnder調變器卻只有100微米,比過去小上1,000倍。但是與環形電光調變器相比,IBM新研發成功的Mach-Zehnder仍比其大5倍,IBM期望下一步能做出與環形電光調變器大小相倣的Mach-Zehnder電光調變器。
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Mach-Zehnder電光調變器在尺寸上不如環形電光調變器,但卻比環形容易生產製造,除此之外Mach-Zehnder型也有其他優點勝過環形,例如較不受溫度環境所影響,以及尺寸改變時也較少受影響,這些特性有助於日後設計出更微縮型的Mach-Zehnder電光調變器,同時也更適合運用於硅晶片內,因為硅晶片運作時溫度容易波動、變化。
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IBM除了將調變器尺寸縮小1,000倍外,也期望減少調變器的功耗用電,現階段研發成的Mach-Zehnder電光調變器約要耗數毫安培的電能,下一步希望能做到僅耗用數微安培的電力。
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要將Mach-Zehnder電光調變器從1公分縮小至100微米,主要難度在於:難以有效控制入射(光)載波的折射率,關於此IBM是採行了極微縮的奈米光學波導結構(nanophotonic waveguide structure)來解決,以改善控制的有效性,進而使調變器縮小至100微米。
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1 ]8 H- L! b- A' Q4 T$ |/ O 成功研發出微米尺寸等級的電光調變器之後,IBM期望將此種調變器運用於硅晶片內,用調變器的光傳輸來取代現有硅晶片內的線路傳輸,用光線傳輸取代電線傳輸,用無線傳輸取代有線傳輸,如此傳輸率將比過往快100倍,同時功耗用電能可精省10倍。另外,IBM也嘗試各種新結構作法,以便讓電光調變器、光傳輸網路等更容易與標準CMOS工藝的硅晶片整合為一,以及讓晶片設計者更容易進行整合設計。 ) E. h$ v, Z) A
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IBM方面表示,現在晶片內的執行運算效能不斷提升,但晶片內各電路間的通訊傳輸效能卻沒有相對應的高速提升,而光傳輸作法可以解決傳輸效能不足的問題。IBM認為未來一個硅晶片將會放入數百個電光調變器、光傳輸交換器,之後形成光學傳輸式的晶片內路由網路。
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2 k' Y, v9 ^1 P* F* x% g& t* S IBM甚至大膽地預估,運用此種晶片內的光傳輸技術,日後可以將超級電腦(Supercomputing)所用的數千顆處理器微縮到單一顆晶片內,同時使佔地極廣的超級電腦縮小到只有一部筆記本電腦的大小,並將此稱為「Supercomputer-on-a-chip」,功耗方面更是從數百戶家庭的用電縮小至一個燈泡的用電。 4 w7 s9 `4 _7 Z, a
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最後,此項研究成果也發表于第15期的Optics Express(光學技術領域的專業技術刊物)上,同時這項研究也有部分支援來自美國國防部先進研究計畫機構(Defense Advanced Research Projects Agency;DARPA)中的防禦科學辦公室計畫(Defense Sciences Office program):「Slowing, Storing and Processing Light」。
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$ U. x; D; @9 f( a# q 傳輸介質的物理極限
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; ~! G9 o! Q6 f/ o 不單是IBM積極發展晶片內的光學傳輸技術,Intel同樣也有此項發展,不過IBM與Intel對此方面的發展都相當低調,過去Intel只在2006年6月左右發佈有關晶片內光通訊的技術發展,當時Intel營運獲利不理想,同時將XScale相關部門賣給Marvell,為了提振士氣,所以才稍微透露這方面的發展。 - Y* i$ V6 I7 u2 ~
6 U2 b4 k4 o5 a( j3 U7 d 事實上不僅晶片內有銅線傳輸頻頸的問題,晶片外的傳輸線路一樣有類似問題,SATA介面依據最初的設計有1X、2X、4X等技術演進歷程,但此一設計公佈後,關於此Intel即有工程師曾表示:從2X(3Gbps)邁向4X(6Gbps),用銅線傳輸恐怕難以達成,可能要改採光纖線路才能實現。 . Z0 x* o/ n& w2 N1 S
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如果晶片內的光傳輸技術確實成熟可行,再加上IBM于2007年5月發表的Airgap技術,則銅線與銅線間的氣隙絕緣空間或許也能用來傳遞光信號,如此晶片內的每單位面積內的資料傳輸率將大幅提升。不過晶片內的電光調變器尚在發展階段,初期會先在晶片內少量布建運用,尚未嚴峻到非挪借氣隙絕緣位置來進行光信號傳輸。
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責任編輯:楊宇佳 |
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