Ayar Labs公司的最新進展

  最近Ayar Labs這家硅光創業公司在ERIsummit會議上展示了他們的最新進展，小豆芽這里對相關信息做一個梳理。之前的筆記曾對Ayar Labs做過簡單介紹(Ayar Labs公司的硅光子互聯技術)。

  Ayar Labs選擇的是GlobalFoundries的硅光平臺，橫截面如下圖所示，可以實現PIC與EIC的單片集成，其工藝節點為45nm。

  (圖片來自文獻1)

  Ayar Labs官網上給出了他們demo的視頻，鏈接為

  https://ayarlabs.com/demonstration-of-ayar-labs-optical-i-o-multi-chip-package-and-single-die-package-solutions/

  芯片的尺寸為5.5mm*8.9mm, 如下圖所示。

  (圖片來自文獻2)

  整個芯片按功能可劃分為4個區域，

  1)光學的輸入輸出區域

  主要由一系列等間距的光柵耦合器構成，如下圖所示，

  可以看出每三個grating coupler構成一組，總共有10組(30個Opitcal IO)。每一組中，左一為RX端，剩下兩個端口為TX端，TX端包含光的耦入耦出，而Rx端只涉及光的耦入，因此TX端會有兩個IO端口。

  2) Transceiver區域

  該區域主要由微環調制器與微環濾波器構成，如下圖所示，

  鏈路中共涉及8個波長，波長位于1260-1280nm之間。TX端使用微環調制器對光信號進行調制，RX端使用微環濾波器將不同波長的信號分離開，輸入到對應的PD。由于微環對加工工藝比較敏感，因此需要設計對應的熱調控制電路，如下圖所示。

(圖片來自文獻2)

  對應的眼圖結果如下圖所示，單個波長可實現25Gbps的速率。

  c) glue/crossbar區域

  glue區域的作用是作為transceiver和AIB區域的橋梁，使得信號在不同的AIB通道和不同的transceiver通道之間有效地通信， 如下圖所示。

  d) AIB區域

  AIB區域作為電信號的IO接口，實現芯片內的電信號與外部ASIC芯片之間進行通信。AIB標準由Intel提出，主要目的是為了實現多個die之間信號的通信。

  對于單個波長，可實現25Gbps的傳輸速率。做一個簡單的乘法，8個波長，10個macros，總共的信號速率可以達到2.0Tbps(demo中只演示了4個macros的結果，總的速率為800Gbps)。而對應的功耗只有4.91pJ/bit, 如下圖所示。此外整個芯片中包含5100萬個晶體管。

  Ayar Labs還展示了其封裝好的demo樣品， 包括單芯片和多芯片兩個版本，如下圖所示，

  Ayar Labs作為世界首家利用硅光技術實現芯片間信號光互聯的公司，從成立之初就備受關注，并且與Intel、GlobalFoundries、DARPA之間有深度的合作。芯片間通信使用光互聯(帶寬大，功耗低)，這是硅光技術的初心，只不過實現起來困難比較大。目前看來，Ayar Labs在穩步推進這一項技術的產業化。

  參考文獻：

  1. M. Wade, et.al., "TeraPHY: A Chiplet Technology for Low-Power, High-Bandwidth In-Package Optical I/O"

  2. C. Sun, et.al., "TeraPHY: An O-band WDM Electro-optic Platform for Low Power, Terabit/s Optical I/O"