Ayar Labs公司的最新進(jìn)展

  最近Ayar Labs這家硅光創(chuàng)業(yè)公司在ERIsummit會(huì)議上展示了他們的最新進(jìn)展，小豆芽這里對(duì)相關(guān)信息做一個(gè)梳理。之前的筆記曾對(duì)Ayar Labs做過(guò)簡(jiǎn)單介紹(Ayar Labs公司的硅光子互聯(lián)技術(shù))。

  Ayar Labs選擇的是GlobalFoundries的硅光平臺(tái)，橫截面如下圖所示，可以實(shí)現(xiàn)PIC與EIC的單片集成，其工藝節(jié)點(diǎn)為45nm。

  (圖片來(lái)自文獻(xiàn)1)

  Ayar Labs官網(wǎng)上給出了他們demo的視頻，鏈接為

  https://ayarlabs.com/demonstration-of-ayar-labs-optical-i-o-multi-chip-package-and-single-die-package-solutions/

  芯片的尺寸為5.5mm*8.9mm, 如下圖所示。

  (圖片來(lái)自文獻(xiàn)2)

  整個(gè)芯片按功能可劃分為4個(gè)區(qū)域，

  1)光學(xué)的輸入輸出區(qū)域

  主要由一系列等間距的光柵耦合器構(gòu)成，如下圖所示，

  可以看出每三個(gè)grating coupler構(gòu)成一組，總共有10組(30個(gè)Opitcal IO)。每一組中，左一為RX端，剩下兩個(gè)端口為TX端，TX端包含光的耦入耦出，而Rx端只涉及光的耦入，因此TX端會(huì)有兩個(gè)IO端口。

  2) Transceiver區(qū)域

  該區(qū)域主要由微環(huán)調(diào)制器與微環(huán)濾波器構(gòu)成，如下圖所示，

  鏈路中共涉及8個(gè)波長(zhǎng)，波長(zhǎng)位于1260-1280nm之間。TX端使用微環(huán)調(diào)制器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，RX端使用微環(huán)濾波器將不同波長(zhǎng)的信號(hào)分離開(kāi)，輸入到對(duì)應(yīng)的PD。由于微環(huán)對(duì)加工工藝比較敏感，因此需要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的熱調(diào)控制電路，如下圖所示。

(圖片來(lái)自文獻(xiàn)2)

  對(duì)應(yīng)的眼圖結(jié)果如下圖所示，單個(gè)波長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn)25Gbps的速率。

  c) glue/crossbar區(qū)域

  glue區(qū)域的作用是作為transceiver和AIB區(qū)域的橋梁，使得信號(hào)在不同的AIB通道和不同的transceiver通道之間有效地通信， 如下圖所示。

  d) AIB區(qū)域

  AIB區(qū)域作為電信號(hào)的IO接口，實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)的電信號(hào)與外部ASIC芯片之間進(jìn)行通信。AIB標(biāo)準(zhǔn)由Intel提出，主要目的是為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)die之間信號(hào)的通信。

  對(duì)于單個(gè)波長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)25Gbps的傳輸速率。做一個(gè)簡(jiǎn)單的乘法，8個(gè)波長(zhǎng)，10個(gè)macros，總共的信號(hào)速率可以達(dá)到2.0Tbps(demo中只演示了4個(gè)macros的結(jié)果，總的速率為800Gbps)。而對(duì)應(yīng)的功耗只有4.91pJ/bit, 如下圖所示。此外整個(gè)芯片中包含5100萬(wàn)個(gè)晶體管。

  Ayar Labs還展示了其封裝好的demo樣品， 包括單芯片和多芯片兩個(gè)版本，如下圖所示，

  Ayar Labs作為世界首家利用硅光技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片間信號(hào)光互聯(lián)的公司，從成立之初就備受關(guān)注，并且與Intel、GlobalFoundries、DARPA之間有深度的合作。芯片間通信使用光互聯(lián)(帶寬大，功耗低)，這是硅光技術(shù)的初心，只不過(guò)實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難比較大。目前看來(lái)，Ayar Labs在穩(wěn)步推進(jìn)這一項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

  參考文獻(xiàn)：

  1. M. Wade, et.al., "TeraPHY: A Chiplet Technology for Low-Power, High-Bandwidth In-Package Optical I/O"

  2. C. Sun, et.al., "TeraPHY: An O-band WDM Electro-optic Platform for Low Power, Terabit/s Optical I/O"