解析硅光子的技术原理及市场发展状况

2013-11-18 admin1 271

  近来有关硅光子的相关信息不断出现,从2013年1月份的Intel发布采用硅光子技术的有源光缆(AOC),到5月份Mellanox宣布以8200万美元收购硅光子器件公司Kotura,再到8月份,继思科收购Lightwire之后华为完成对比利时硅光技术开发商Caliopa公司的并购等等,有关硅光子的信息不绝于耳。

  二十一世纪,随着人们对信息量需求的增长,对宽带速度的要求越来越高,在此驱动下,传统的网络系统已遭遇瓶颈,取而代之的是高速光子微芯片互联。基于拥有成熟制作工艺的半导体硅材料而成的硅光子器件将在此领域发挥特别的作用,欣慰的是,目前硅光子已进入全面普及阶段。

  硅光子技术原理

  硅光子技术即在硅晶圆上实现光传输,用激光束代替电子信号传输数据,是一种基于硅光子学的低成本、高速率的光通信技术。硅光子技术的实用化和研发的推进改速度都超过了预期,其中,进展尤为快速的当属日本。

  光子学使用的材料是玻璃,光器件是基于玻璃上制作的,这与硅有所不同。由于光的波长对硅而言是透明的,如果信息完全基于硅的基础上的话,就不能做光接收器,这是硅材料的本质不足,尤其是光源方面,所以硅材料不适合做激光器。但是硅光子技术的应用范围可以从电路板间的数据传输扩大到芯片内的传输,并且未来硅光子技术的应用范围有望扩大到芯片间和芯片内的传输,预计这方面的应用将在2020年左右实现实用化。

  有专家表示,硅光子技术是一个原理性的技术,人们可以透过这个窗口看到以前没有看到过的东西。如果作为独立元件的话,它的优势在于独立波长,这不像其他传统的激光器,传统的激光器会产生红光、绿光,而基于硅光子的独立元件能产生传统激光器产生不了的光。

  主流IT企业研发推动硅光子技术发展

  目前从全球范围内来看,从事硅光子技术投资与开发的公司并不多,全球主要的公司在35家左右,整体上可分为五大类:R&D/MPW、无晶圆、铸造、设备和系统。Intel则在硅光子设备方面处于领导地位,其目前和康宁在基于硅光子光纤方面有密切合作;富士通、IBM和思科等则在系统方面占据重要位置。现阶段业界不断盛传称硅光子是革命性的技术,其市场和产品用途非常广阔,应用跨度也很大,从超过1000公里的长途通信到城域网、从光接入网到局域网/存储网络、从设备级的背板互连到板卡级的芯片间互连,甚至芯片内部互连,都有着广阔的应用前景。

  据了解,Intel自90年代中期就开始对硅光子技术进行长期研究,2008年12月Intel宣布,公司已经使用硅材料创造了雪崩光电二极管(APD)的性能世界纪录,频率高达340GHz。除了光通讯外,硅APD还能够运用在诸如传感器、成像、量子密码学以及生物学应用中。而在今年1月,Intel发布了采用硅光子技术的有源光缆(AOC),该产品支持脸书主导的数据中心行业标准“Open Compute Project”。

  同样涉足AOC市场的还有思科系统,早在2012年2月思科就斥资2.71亿美元收购了风险企业Lightwire,布局硅光子技术的发展,同年10月发布了基于硅光子技术的、支持100Gbit/s的光收发器规格“Cisco CPAK”,2013年3月发布了安装有该规格光收发器模块的传输装置。

  IBM也提出了硅光子芯片光互连系统,其中光链接层可利用三维垂直整合技术加入至多核心运算层,形成一所谓“超级芯片”架构。IBM目前已开发标准90纳米制程的初步硅光连结层,该光链接层上有被动光纤耦合器、多任务器、解多任务器、高速硅光学调制器、硅锗光侦器、驱动电路及转阻放大器,藉由多波长分工概念,每个硅波导数据传输量可达25Gbit/s,但如何整合光源、降低组件消耗功率仍是一大挑战。

  由于思科系统和英特尔等企业相继涉足AOC市场,预计在今后将形成市场的100Gbit/s传输容量的AOC中,硅光子将掌握主导权。早在2012年,硅谷创业家Andreas Bechtolsheim就曾表示,硅光子技术可望在2014年走向市场,实现更具成本效益的100Gb/s网络。

  硅光子技术应用的分析

  就目前的情况看硅光子现阶段在光通讯的用途上还主要应用于:有源光缆、100G以太网和Infiniband模块。据调查公司Global Information发布的数据显示,2011年AOC(有源光缆)的全球销量为30.5万根,销售额为7000万美元,该公司预测2016年销量将达到78.6万根,销售额将扩大到1.75亿美元;而2013年5月份Mellanox以8200万美元收购硅光子器件公司Kotura,就是冲着 100Gbit/s以太网和InfiniBand产品而来,InfiniBand产品成为某些数据中心互连首选。2012年2月,思科斥资2.71亿美元收购硅(CMOS)光子技术公司Lightwire,同年10月即发布基于硅光子技术的、支持100Gbit/秒的光收发器规格“Cisco CPAK”,今年3月又发布了安装有该规格光收发器模块的传输装置。

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