Silicon Photonics Prozessoren kommunizieren mit Licht

Integriert man optische Elemente in einen standardisierten CMOS-Prozess, wird dies als Silicon Photonics bezeichnet. Diese Technik gilt seit zwei Jahrzehnten als Hoffnungsträger, immerhin ist damit eine Kommunikation der Prozessoren mit Licht möglich. Globalfoundries ist es nun erstmals gelungen, Logik, Hochfrequenzschaltkreise und optische Wandler in einem Prozess fertigen zu können.

Silicon Photonics erzielt Durchbruch

Die Verbindung einzelner Chips miteinander wurde on den vergangenen Jahren zu einem Flaschenhals in der Chip-Fertigung, daher suchen Unternehmen schon seit Längerem nach einer anderen Option. Hier kommt Silicon Photonics ins Spiel, das eine Kommunikation zwischen den Prozessoren mithilfe von Licht ermöglichen soll.

Der Vorteil: Licht kann, im Vergleich zu klassischen Elektronen, Daten auf mittlere und große Distanzen verlustärmer, schneller und mit einer niedrigeren Fehlerrate transportieren. Gleichzeitig wird damit eine Abbildung mehrerer Bits parallel dank verschiedener Wellenlängen möglich.

Globalfoundries vermeldet nun, als weltweit erster Hersteller Logik, Hochfrequenzschaltkreise und optische Wandler in einem Prozess fertigen zu können. Zum Einsatz kommen gängige 300-mm-Wafer. Die Fertigung hört auf den Namen GF Fotonix und kommt erstmal in der GF Fab 8 in Malta, New York zum Einsatz.

Was macht GF Fotonix?

GF Fotonix fertigt nicht nur die benötigten CMOS-Komponenten für Prozessoren und Speicher, sondern auch Hochfrequenz-Komponenten und optische Teile in einem einzigen Prozess. Das daraus entstehende Die kann dann direkt an eine Faser angebunden werden, die als Lichtleiter fungiert.

Die Hochfrequenz-Komponenten modulieren die Daten in ein 300 GHz Signal, während die optischen Komponenten dieses in Licht und wieder zurück umwandeln, um die Kommunikation sicherzustellen. Im Vergleich zu klassischen Multi-Chip-Lösungen sind hier höhere Datenraten möglich, da sich alles auf demselben Halbleiter abspielt.

Laut GF soll pro Faser eine Rate von 0,5 Tbps erreicht werden können. Die Chiplets selbst kommunizieren mit einer Rate zwischen 1,6 und 3,2 Tbps mit vier bis acht Fasern. Besonders für große Rechenzentren und Hochleistungsrechner dürfte diese Technologie einen großen Wurf markieren, um die Geschwindigkeit in der Datenübertragung spürbar zu steigern.

Gemeinsam mit mit Ansys, Cadence und Synopsys bietet Globalfoundries die Technologie ab April 2022 in einem Process Design Kit (PDK), das Kunden für die Halbleiterfertigung zur Verfügung gestellt wird.