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高科大/台大携手发表1600G硅光子晶片技术

摘要:近日,高科大与台大合作发表超世代大容量硅光子晶片,其传输架构由高科大电机与资讯学院院长施天从教授于2018年所提出的4波长、4光纤传输结构,晶片尺寸为5mm x 5mm,采用PAM4讯号格式,总传输率可达到1600G,为目前相关研究领域中,单位晶片面积上的总传输率最高的发射端硅光子晶片,并已经初步验证通过1600G传输之可行性。

  ICC讯 5G时代来临,云端应用的数据中心需要极大容量的传输能力。目前利用先进半导体硅制程发展的硅光子晶片,被视为最有潜力的技术。高科大与台大合作发表超世代大容量硅光子晶片,其传输架构由高科大电机与资讯学院院长施天从教授于2018年所提出的4波长、4光纤传输结构,晶片尺寸为5mm x 5mm,采用PAM4讯号格式,总传输率可达到1600G,为目前相关研究领域中,单位晶片面积上的总传输率最高的发射端硅光子晶片,并已经初步验证通过1600G传输之可行性。

高科大与台大1600G硅光子晶片技术开发团队
  2019年美国最大的电信系统设备商思科(Cisco)分别以28.4亿美元并购硅光子技术厂商Acacia Communications,6.6亿元并购硅光子晶片模组制造商Luxtera,以扩充思科在企业端、数据中心及电信运营商的市场。而全球半导体晶片领导厂商的英特尔(Intel)在100G PSM4市场有第一名市占率,同时亦已经推出商用的400G硅光子晶片及模组。
  硅光子技术结合了两个20世纪最重要的发明:硅积体电路和半导体雷射。与传统的技术相比,硅光子晶片能让资料传输速率更快、距离更长。目前许多国际云端服务商,如亚马逊(Amazon)、脸书(Facebook)、谷歌(Google)、苹果(Apple)、微软(Microsoft)等皆投入大量资源建置更大型的资料中心。这些新资料中心的需求就是必须储存更多的数据,更快的资料传输速度,以及更低的消耗功率,因此在有限的厂房空间,必须使用相同尺寸,但是可以倍数提升传输位元率的模组。而今年不因肺炎疫情停摆,在美国圣地牙哥举行的光网路及通讯会议展览(OFC 2020),亦有多家系统及模组厂商展示400G甚或800G的技术。
1600G硅光子发射器晶片架构
  台湾半导体制造技术执全球牛耳,晶圆厂的互补型金氧半(CMOS)硅制程技术领先全世界,硅光子技术即是匹配运用互补型金氧半硅制程技术发展的光电晶片,相当适合台湾高科技产业发展。若台湾相关的半导体厂商能透过产能支援与学界合作,对于台湾发展硅光子技术非常有帮助,同时也能协助台湾制造业及早在硅光子制程领域建立自主元件资料库及智财权布局,待产业起飞时必能占据最佳的产业地位。光电元件积体化目前还属于发展初期,硅光子晶片复杂程度高,制程解析度越高,讯号的精确度越好,元件的效能才能有效发挥,因此硅光子技术的实现需要先进制程的搭配。
  该专案计画规划于四年提拨新台币3.2亿元发展硅光子技术,由硅光子技术之先驱者台科大李三良教授负责专案计画办公室。预期前二年完成核心技术开发与系统晶片架构设计,第三年完成系统晶片制作与性能优化,第四年完成系统展示并能将技术与厂商进行后续之应用与推广。计画执行期间将培植研发团队利用硅光子平台整合元件、光路与电路而组成生医感测、光感测以及光连结等应用的光电系统晶片。该计划自2018年开始执行,本次发表的1600G硅光子晶片,即为该专案计画支持的五件研究计画之一的成果。
高科大电机与资讯学院院长施天从教授(前排右三)领导的1600G硅光子晶片技术开发团队
  本次发布的超世代大容量1600G硅光子晶片之传输架构由高科大电机与资讯学院院长施天从教授于2018年所提出领先全球的前瞻性4波长、4光纤的传输结构,并由台大光电所黄定洧教授负责设计,以4x16阵列波导光栅(AWG)分波多工器,混成16路光调变信号,完成发射端的硅光子晶片。利用此新型之分波多工器,可以用最精简的光路配置连接各元件。此外,此晶片之尺寸为5mm x 5 mm,采用PAM4讯号格式,其总传输率可达到1600G。
  台大光电所黄定洧教授表示,本硅光子晶片之完成,利用共用晶片方式送至比利时IMEC完成半导体制程,并依据设计制作完成硅光子晶片。同时感谢共同建构硅光子元件技术的中研院张书维研究员、成大曾硕彦教授及高科大吴曜东教授的一起努力,也感谢中兴大学刘浚年教授、中山大学洪勇智教授、及TSRI提供之光纤耦光量测协助,台大林恭如教授及所负责的台大与Tektronix联合实验室的高速光传输量测协助,共同验证本硅光子晶片具有1600G的传输的可能性。
  研究计画主持人,高科大电机与资讯学院院长施天从教授指出,非常高兴能与顶尖大学团队合作,有效链结南北学术能量,得以建构完成整个光引擎所需要的元件与技术。本硅光子元件及传输架构已经由相关单位申请专利中,希望团队能持续获得科技部补助,进一步优化硅光子晶片性能,并建构完成整个光引擎模组,厚植台湾于此新世代硅光子技术之实力。


内容来自:新电子
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关键字: 硅光子 PSM4 400G
文章标题:高科大/台大携手发表1600G硅光子晶片技术
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