CMOS硅纳米光子明年将实现商用化

IBM声称，从2011年起，硅芯片将迈向以光脉冲(pulsesoflight)而非电荷(electricalcharge)来进行沟通；该公司于12月1日在日本举行的SemiconJapan展会上，透露其CMOS整合硅纳米光子(CMOSIntegratedSiliconNanophotonics，CISN)技术的细节。

在该场展会上，IBM预言硅纳米光子将是实现未来“exascale”等级处理器的推手，可能达到每秒百万兆次运作(amilliontrillionoperationspersecond)的水平，也就是比目前“petascale”等级的超级计算机速度快1,000倍。“IBM目前正在开发的CMOS硅纳米光子技术，可藉由扩大每颗芯片的收发器带宽与整合密度，以因应exascale规格系统的需求。”参与CISN研发项目的IBM研究人员WillGreen表示。

Green是与IBM旗下位于美国纽约州T.JWatson研究中心的硅整合纳米光子计划经理YuriiVlasov，以及SolomonAssefa、AlexanderRylakov、ClintSchow与FolkertHorst等研究人员共同工作。近十年来，包括IBM、惠普(HP)、英特尔(Intel)、飞思卡尔半导体(Freescale)、NEC、三星电子(SamsungElectronics)与IMEC等公司，还有包括Avago、Luxtera等伙伴，都将硅光子视为CMOS技术领域必然可实现的未来。

透果将电到光(electrical-to-optical)与光到电(optical-to-electrical)收发器整合到传统CMOS芯片上，这种硅光子被看好能突破目前开发exascale等级运算平台的瓶颈。IBM则声称，其CISN技术已经解决了相关问题，目前也已开始授权给合作伙伴，并可望在2011年看到采用该技术的商用收发器。

“目前的情况就类似当年Marconi首度展示横跨大西洋的无线电发射；”市场研究机构TheEnvisioneeringGroup首席分析师RickDoherty表示：“在今日，我们的数字系统、主板与芯片被“海洋”所分隔，而IBM已经证实，能利用传统的整合性CMOS制程，让光学互连技术横跨那些“海洋”。”

IBM的全硅晶光学收发器在单一CMOS芯片内整合了调变器、光波导、分波多任务器、开关与探测器等

自2005年起，IBM研究中心已经收集了建构完整CMOS光学链接生态系统所需的光学组件，能让电子芯片通过光学互连、取代铜导线与总线进行沟通；到目前为止，IBM已经展示了以CMOS制程打造的光学调变器(modulator)、光波导(waveguides)、分波多任务器(wavelength-divisionmultiplexers)、开关(switches)与探测器(detectors)。

至于仅剩的一个组件——硅发射器(emitter)，IBM也通过添加了纳米管的方法成功展示；只不过预计明年问世的IBM整合性硅光子，还是将采用以传统三五族(III-V)半导体材料制成的发射器。

最近IBM以CISN技术所扫除的一大障碍，是能将一层锗层(germaniumlayer)埋在其CMOS堆栈底部。

其他厂商如飞思卡尔，则是与新创公司Luxtera合作，采用一种锗殿后(germanium-last)制程，展示了一款硅光学收发器；但IBM声称，其锗优先(germanium-first)制程，能将芯片尺寸缩小至10比1，让内含硅光学收发器的65纳米CMOS芯片，达到二分之一平方公厘(因此能以小于5平方公厘的尺寸，集结成可达到每秒terabit速度的芯片)。

目前IBM正在进行以商用晶圆厂生产CISN制程的特征化，并预计采用该公司授权技术的第一批CMOS光学收发器，将在明年问世。该公司也预言，其CISN技术将逐步达成系统之间、同一系统内主板之间、以及同主板内芯片之间的通信；然后到2016年，将实现为单一CMOS微处理器内的各核心扮演沟通桥梁的角色。