Ayar Labs公司的最新进展

  最近Ayar Labs这家硅光创业公司在ERIsummit会议上展示了他们的最新进展，小豆芽这里对相关信息做一个梳理。之前的笔记曾对Ayar Labs做过简单介绍(Ayar Labs公司的硅光子互联技术)。

  Ayar Labs选择的是GlobalFoundries的硅光平台，横截面如下图所示，可以实现PIC与EIC的单片集成，其工艺节点为45nm。

  (图片来自文献1)

  Ayar Labs官网上给出了他们demo的视频，链接为

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

  芯片的尺寸为5.5mm*8.9mm, 如下图所示。

  (图片来自文献2)

  整个芯片按功能可划分为4个区域，

  1)光学的输入输出区域

  主要由一系列等间距的光栅耦合器构成，如下图所示，

  可以看出每三个grating coupler构成一组，总共有10组(30个Opitcal IO)。每一组中，左一为RX端，剩下两个端口为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端会有两个IO端口。

  2) Transceiver区域

  该区域主要由微环调制器与微环滤波器构成，如下图所示，

  链路中共涉及8个波长，波长位于1260-1280nm之间。TX端使用微环调制器对光信号进行调制，RX端使用微环滤波器将不同波长的信号分离开，输入到对应的PD。由于微环对加工工艺比较敏感，因此需要设计对应的热调控制电路，如下图所示。

(图片来自文献2)

  对应的眼图结果如下图所示，单个波长可实现25Gbps的速率。

  c) glue/crossbar区域

  glue区域的作用是作为transceiver和AIB区域的桥梁，使得信号在不同的AIB通道和不同的transceiver通道之间有效地通信， 如下图所示。

  d) AIB区域

  AIB区域作为电信号的IO接口，实现芯片内的电信号与外部ASIC芯片之间进行通信。AIB标准由Intel提出，主要目的是为了实现多个die之间信号的通信。

  对于单个波长，可实现25Gbps的传输速率。做一个简单的乘法，8个波长，10个macros，总共的信号速率可以达到2.0Tbps(demo中只演示了4个macros的结果，总的速率为800Gbps)。而对应的功耗只有4.91pJ/bit, 如下图所示。此外整个芯片中包含5100万个晶体管。

  Ayar Labs还展示了其封装好的demo样品， 包括单芯片和多芯片两个版本，如下图所示，

  Ayar Labs作为世界首家利用硅光技术实现芯片间信号光互联的公司，从成立之初就备受关注，并且与Intel、GlobalFoundries、DARPA之间有深度的合作。芯片间通信使用光互联(带宽大，功耗低)，这是硅光技术的初心，只不过实现起来困难比较大。目前看来，Ayar Labs在稳步推进这一项技术的产业化。

  参考文献：

  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"