La photonique sur silicium intégrée pilote des interconnexions optiques à haut débit
Les pièces optiques et en silicium co-emballées permettent d’augmenter la vitesse et la bande passante nécessaires aux lasers de nouvelle génération et à d’autres composants électroniques optiques.
Le concept d’intégration de circuits photoniques sur silicium a défié les ingénieurs depuis les années 1980, mais l’industrie fait maintenant de réels progrès vers la mise en production de cette technologie, selon John Bowers, Chaire Fred Kavli de nanotechnologie, Université de Californie, Santa Barbara.
Bowers fera l’une des trois présentations principales à DesignCon, qui aura lieu au Santa Clara Convention Center à Sunnyvale, le 5 avrile jusqu’à 7e. Sa présentation du mardi 5 avril, intitulée « Progress Enabled; La convergence des circuits intégrés photoniques et électroniques », discutera de la tendance vers les produits optiques et en silicium co-emballés. Bowers, dans une interview avec DesignActualités la semaine dernière, a déclaré l’intégration de la photonique à l’électronique a contribué à augmenter la vitesse et la bande passante globale des assemblages à base de photonique au silicium.
Les progrès rapides de l’électronique ont abouti à des puces à la pointe de la technologie, notamment des commutateurs comportant plusieurs dizaines de milliards de transistors. Cependant, les performances du système électronique sont souvent limitées par les entrées/sorties (E/S) et la puissance nécessaire pour piloter les connexions à une vitesse de plusieurs dizaines de Gbit/s. Pour Bowers et d’autres chercheurs, la convergence des progrès de la photonique et de l’électronique sur silicium signifie que la photonique et l’électronique sur silicium co-packagées stimulent l’innovation dans les deux domaines.
« C’était le Saint Graal pendant de nombreuses années », a déclaré Bowers. « Il a fallu attendre le milieu des années 2000 pour pouvoir enfin fabriquer des lasers sur silicium. » Il a ajouté que certains des premiers défis étaient d’atteindre une faible densité de défauts et d’être en mesure d’établir et de qualifier de manière fiable la production de substrats de silicium avec des circuits photoniques dans les usines CMOS.
Au cours des 15 dernières années, Bowers a été impliqué dans des efforts de recherche pour intégrer le silicium et la photonique. Dans son rôle actuel à l’Université de Californie, Bowers supervise les travaux de recherche en laboratoire ainsi que les efforts de recherche appliquée pour des applications telles que les communications.
Évolution de la photonique
Les PIC (CI photoniques) sont passés d’émetteurs-récepteurs enfichables à la périphérie de la carte à des composants optiques et électroniques co-emballés, puis à des PIC intégrés 3D et à des circuits intégrés électriques. Cette tendance permet lasers, modulateurs et photodétecteurs pour atteindre les niveaux de performance nécessaires aux produits de nouvelle génération.
Le timing ne pouvait pas être meilleur étant donné les demandes accrues de transmission de signaux basée sur la lumière. Qu’il s’agisse de LiDAR, de gyroscopes, de spectromètres ou d’autres appareils, la convergence de la photonique et du silicium rend possible le développement d’appareils capables de fonctionner à des vitesses allant de 100 gigabits/s à des térabits par seconde, avec des produits désormais en production de masse.
Une fois que les ingénieurs ont résolu les défis de la qualification de la production de silicium pour les circuits photoniques, la capacité de produire en masse des émetteurs-récepteurs et d’autres produits photoniques sur silicium a décollé, a noté Bowers. Les matériaux tels que l’InP (Phosphure d’Indium) ne sont pas aussi pratiques pour les pièces photoniques produites en série. «Ces plaquettes (InP) sont traditionnellement petites et le silicium a une meilleure conductivité thermique que l’InP. Avec les usines de fabrication de silicium CMOS, vous pouvez augmenter la production très rapidement », a ajouté Bowers.
L’évolution vers la photonique intégrée n’est pas seulement évidente chez les géants traditionnels des semi-conducteurs tels qu’Intel, mais aussi dans les entreprises de communication. » Il y a quelques années, personne chez Broadcomm ne travaillait dans l’optique, mais ils ont maintenant une division des systèmes optiques travaillant sur les composants optiques. ”
Bowers voit plus d’opportunités pour les produits optiques et de silicium co-emballés à l’avenir. « Vous aurez éventuellement besoin d’interfaces optiques sur des puces de mémoire à large bande passante et, espérons-le, verrez ces produits au cours de la prochaine décennie. Il s’attend également à ce que les dispositifs optiques voient de nouveaux progrès en termes d’efficacité et de pertes de tension.
