萬事俱備 IBM準備實現晶片上光通訊

IBM研究中心(IBM Research)日前宣佈在晶片上光通訊(on-chip optical communications)技術領域取得突破性成就，表示其新研發的40Gbps鍺雪崩式光偵測器(germanium avalanche photodetector)讓他們所謂的「奈米光子工具組(nanophotonic toolkit)」得以完備。

在歷經多年努力終於跨越這個「最終技術障礙」後，IBM現在聲稱已經握有實現晶片對晶片光通訊的所有要素，最終並可望實現單一晶片內的核心對核心光通訊。IBM指出，接下來這個十年內要進行的研發工作，是將其奈米光子工具組整合到商用處理器中。

「數年來，IBM一直在開發用以實現包括波導(waveguide)、調節器(modulator)、交換器(switch)等晶片之間光通訊的奈米光子工具組，而現在最後一片拼圖已經完成，也就是奈米光子雪崩式光偵測器。」IBM研究中心科學家Solomon Assefa表示：「現在我們已經具備所有可著手將光通訊與電晶體整合的所需要素，並可進一步將目標實現。」

在前幾年，IBM已經展示過能將電子訊號轉成光訊號的矽調節器，那是一條能將光學訊號緩衝的矽延遲線(silicon delay line)，加上製作完整晶片對晶片光學匯流排必備的波導與交換器，以及最新開發完成的奈米光子崩潰式光偵測器，IBM表示，這些奈米電子小尖兵已經陸續到位，準備在未來的晶片設計中以光通訊取代傳統的銅線。

「我們認為，讓晶片進一步微縮的關鍵，就是在奈米光子、奈米電子元件中，利用脈衝光通訊技術取代銅線，以達到更低成本、更省電以及更高的頻寬。」Assefa指出。

圖為光學顯微鏡下的奈米光子崩潰式光偵測器陣列(上方)，以及將光線導入的矽波導(下方)

IBM表示，其鍺光偵測器會透過雪崩效應將輸入訊號相乘10倍，由於採用薄膜架構，因此還是能達到40Gbps的速率(該偵測器厚度約僅30奈米，雪崩效應在越薄的薄膜上運作速度會越快)。其超薄架構也能將鍺光偵測器一般會有的雜訊減少五至七成，並因此讓該項曾被認為雜訊太大、無法商用化的技術起死回生。

該元件運作在1.5供電電壓，與傳統雪崩式光偵測器30V的運作電壓相較，更適合與矽晶片整合。IBM表示他們已可將數千個光偵測器與矽電晶體併排組裝在一起，並將矽光波導整合進去，佈建未來晶片上光通訊所需的完整架構；該公司的長期計畫是將這些矽光子元件與IBM的主流處理器進行整合。

(參考原文： IBM jumps 'last hurdle' to on-chip optical communication，by R. Colin Johnson)