矽光學通信

矽光學通信

矽光學通信是利用矽光電技術實現計算機和其它電子設備之間的光信息傳送和接收。簡單地說,該通信技術就是用光來替代傳統的銅導線傳輸信號,以獲得更高的傳輸速度。

研究歷史

矽光學通信矽光學通信

在矽光學技術出現之前,微處理器的計算性能已得到顯著提高,但傳輸性能的相對落後卻制約了它的進一步發展。

從20世紀90年代中期開始,Intel就開始進行矽光學技術的研究,但在很長一段時間內都沒有太大的進展。由於矽材質更適合電路傳輸而不是光波,因此通過矽產生雷射尤其是連續的雷射,是一件非常困難的事情。

2005年2月,Intel在美國宣布,運用標準矽組件開發了全球第一套能驅動連續光波的矽組件雷射技術(continuous wave silicon laser),即“連續波拉曼雷射器”。該技術利用拉曼效應與矽晶結構來放大通過矽組件的雷射,將外部光源導入實驗的晶片後,產生連續完整的雷射束。利用該技術能將低成本、高品質的雷射以及光組件帶入主流的運算、通訊以及醫療套用領域,製造出低成本的光學組件,以光速在計算機內外部傳遞數據。

2007年9月18日,在美國舊金山召開的Intel信息技術峰會(IDF)上,Intel光子學技術實驗室總監潘尼西亞透露,Intel已成功研發全新的矽雷射調節器,它能夠以40Gbps的速度對數據進行編碼。這是Intel在矽光電技術上的又一次重大突破。

2008年2月,Intel又發布了全球首款“級聯拉曼矽雷射器”,這是繼2005年Intel展示世界上第一款由矽製成的“連續波拉曼雷射器”後,在矽光電領域創造的又一個“世界第一”。

2008年12月,Intel公司宣布其研究團隊在矽光電領域取得了又一項重大的技術突破,成功使用基於矽的雪崩光電探測器(Silicon-based Avalanche Photodetector)實現了創世界紀錄的高性能,與現在市場上的同類器件相比可大幅度降低成本並提高性能。

2010年7月28日,美國英特爾公司宣布其在全世界首次實現矽光子數據連線,數據傳輸速度高達每秒500億比特(50Gbps),現在,他們正朝著實現每秒1萬億比特(1Tbps)的目標邁進,此項成果是該公司在矽光學通信領域取得的里程碑式的進展。

技術原理

矽光電連線器矽光電連線器

矽光學技術(Silicon Photonics)是利用標準矽實現計算機和其它電子設備之間的光信息傳送和接收。簡單地說,該技術就是用光來替代傳統的銅導線傳輸信號,以獲得更高的傳輸速度。

Intel一直在進行矽光電領域的研發工作,致力於通過使用傳統CMOS技術製造光通信產品,從而實現計算平台的革命。計算行業引入光學技術將為計算機工作方式及其給人們提供的價值帶來革命性的改變。與傳統的光通信解決方案相比,矽光電方案能夠大幅降低產品尺寸、成本和能源消耗。

系統組成

矽光調製器是矽光電通信的一部分,簡單地說,光源產生的信號搭載大量數據信息通過光波傳輸到調製器,然後需要探測器來接收這些的信息。

矽光學通信聯結系統包含一個矽發射器和一個接收器晶片,兩者都集成了所有必需的構建模組,並融入Intel歷年來的多項突破性技術成果,包括與加州大學聖塔芭芭拉分校合作開發的第一個混合矽雷射器以及2007年發布的高速光調製器和光電探測器。

發射器晶片包括四個雷射器,通過它們發射的光束分別進入一個光調製器,而後者則以12.5Gbps的速度對數據進行編碼。然後,這四條光束將被集中起來並輸出到一條光纖內,總的數據傳輸速率將達到50Gbps。在聯結系統的另一端,接收器晶片會對這四條光束進行分離,並導入到各光電探測器中,後者把數據轉換回電信號。兩個晶片都使用PC行業常用的低成本製造技術進行裝配。

套用

矽光電技術將在計算行業實現廣泛的套用。例如,家庭娛樂和視頻會議也能享受牆體般大小的3D螢幕。

矽光學通信還可以讓超級計算機或未來數據中心的組件散落在建築物的各個角落,相互之間可實現高速連線。

矽光學通信也將使搜尋引擎公司、雲計算提供商等數據中心的用戶能夠改進性能、增加功能、節省能源和空間,甚至還能幫助科學家建造更強大的超級計算機來解決世界上最難的問題。

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