DesignCon Keynote : clé des puces photoniques en silicium pour les centres de données
L’expert en photonique John Bowers affirme que l’émergence continue des puces photoniques intégrées au silicium conduira les futurs centres de données à large bande passante.
L’image de longue date des infrastructures de centres de données avec des kilomètres de câbles en cuivre cédera progressivement la place à des centres de données plus compacts avec des interconnexions optiques utilisant des dispositifs photoniques co-emballés sur des substrats de silicium, selon John Bowers, Chaire Fred Kavli de nanotechnologie, Université de Californie, Santa Barbara.
S’exprimant lors d’une session liminaire à la conférence et exposition DesignCon 2022 à Santa Clara mardi, Bowers a déclaré que les interconnexions optiques seraient le seul moyen de transmettre efficacement d’énormes quantités de données, étant donné les quantités massives d’informations que les centres de données traiteront, grâce aux tendances comme l’intelligence artificielle (IA).
« Les traces de cuivre sont avec perte à haute vitesse, perdant souvent jusqu’à 20 dB au bord de la puce », a déclaré Bowers. « Nous voulons limiter la perte à pas plus de 3 à 4 dB. »
À mesure que les centres de données augmentent leur puissance de traitement, le problème devient davantage la bande passante que les E/S. Bowers a noté que si les besoins en bande passante doublaient tous les deux ans, la quantité d’E/S prendrait trois à quatre ans pour doubler, créant un goulot d’étranglement évident dans la capacité de traitement des données. Cela a entraîné une augmentation de la complexité de l’empaquetage et de l’intégrité du signal.
Accord silicium et photonique
Pour répondre aux besoins toujours plus robustes des centres de données, Bowers a déclaré qu’il y avait un besoin de puces plus grandes et plus complexes. Le cuivre traditionnel étant incapable de répondre à ces besoins de signal, les ingénieurs se sont tournés vers la photonique. Bien que la recherche se poursuive depuis de nombreuses années, des progrès considérables ont été accomplis dans ce domaine au cours de la dernière décennie, en particulier au cours des cinq dernières années environ.
La capacité de la photonique à transporter efficacement de grandes quantités de données, par rapport au cuivre, n’a pas été remise en question. Le problème a été de faire évoluer les technologies d’emballage et de substrat vers une production fiable et à moindre coût. Cela permettrait aux équipementiers de produire en masse des assemblages photoniques dans les quantités nécessaires aux centres de données.
Bowers a déclaré que des matériaux tels que l’InP (phosphure d’indium) et le GaAS (arséniure de gallium) ont été difficiles et coûteux à mettre à l’échelle pour atteindre les volumes nécessaires à une production de masse efficace. Après des années de recherche, les ingénieurs ont découvert qu’un matériau familierꟷsilicium─on pouvait compter sur lui pour fournir la plate-forme de substrat pour les pièces photoniques.
« La photonique peut utiliser des processus de fabrication de silicium à 45 nm, qui datent de plusieurs générations », a déclaré Bowers. Il a ajouté que des entreprises telles qu’Intel, Cisco, Juniper, NTT et Avago travaillaient dans le domaine de la photonique sur silicium, ainsi que des fonderies de silicium telles que Tower Semiconductor.
Bowers a souligné un exemple de commutateur Ethernet optique co-packagé en démonstration en 2020. Le commutateur contenait des lasers 16X couplés à des modulateurs en anneau PAM4 16X 106 Gbps, gérant une bande passante de 1,6 térabits par seconde.
On s’attend à ce que les progrès continus de l’intégration conduisent à de nouvelles avancées. D’ici l’année prochaine, Bowers s’attend à ce que les progrès de la photonique sur silicium permettent des bandes passantes de produits dépassant 1 térabit par seconde par fibre. Les améliorations technologiques permettront le développement de puces photoniques en silicium en boîtier (SCIP), ce qui réduirait le nombre de pièces.
Au-delà des puces, Bowers prévoit des optiques co-emballées utilisant l’intégration hétérogène de plusieurs matrices sur un substrat de boîtier commun.
