矽光子 400G 800G 太克 Amazon 資料中心

迎接次世代大容量光纖傳輸 矽光子發展風潮勢不可擋

2020-08-19
矽光子晶片已成為次世代大容量光纖傳輸的明日之星。因應全球5G移動無線通訊與雲端數據中心對傳輸速度與容量的極大需要來臨,矽光子晶片結合矽積體電路和半導體雷射兩大重要發明使資料傳輸速率更快距離更長,被視為新世代大容量光纖傳輸的最重要技術而吸引全球各尖端電信系統設備廠商的極端關注。

目前許多國際知名雲端服務商如亞馬遜(Amazon)、Facebook、Google、蘋果(Apple)、微軟(Microsoft)等皆投入建置超大資料中心。在有限廠房空間下發展相同尺寸但可倍增傳輸位元率的低功耗模組已是前述雲端服務商競逐的目標,為此英特爾(Intel)已經推出商用400G矽光子晶片及模組;此外,思科(Cisco)更以35億美元先後併購Acacia Communications與Luxtera兩家矽光子晶片模組製造商專供資料中心市場擴充所需。2020年全球光網路通訊會議(OFC 2020)中亦已有多家廠商展示400G與800G模組及系統。

台灣具備成熟的奈米尺寸解析度半導體矽製程的晶圓高科技產業技術,非常適合發展仰賴次微米矽製程技術的矽光子晶片技術,藉穩定且精確的製程解析度提高開發高複雜度光子晶片有效發揮元件效能以提供高速位元訊號傳輸。自2018年起台積電即與Luxtera宣布合作使用7奈米(nm)製程生產矽光子晶片。在此積體光電元件發展初期相關半導體廠商也將透過產能支援與學界合作,不僅協助建立自主元件資料庫與智財權布局同時也能在全球矽光子晶片產業站穩一席之地。

有鑑於此,科技部全力推動矽光子積體電路專案計畫,提撥四年新台幣3.2億元發展國內矽光子技術。該計畫將全力推動研發1.6TBit/s次世代資料中心用矽光子數據傳輸晶片,建立重要的核心引擎元件庫、元件設計與製程、模組化封裝、分析與架構等關鍵技術研發。

這個跨域整合計畫以僅5mm×5mm面積的矽光子晶片布局波導型濾波陣列、外部馬赫曾德干涉式調變器,以及行進波電擊高速矽鍺光偵測器共16通道。藉每通道50千兆波特率(GBaud)的四階脈衝振幅調變(PAM-4)訊號格式達成1.6Tbit/s總傳輸位元率超越現階段全球發展目標,預期前兩年完成核心技術開發與系統晶片架構設計,後兩年完成晶片性能優化與系統展示將技術推廣。

該計畫自2018年執行迄今所有矽光子晶片元件的高位元率性能分析,也在台大-太克聯合研究中心(NTU-Tektronix Joint Research Center)進行測試驗證。該中心為台大攜手太克(Tektronix)合作於2015年成立,除為1.6TBit/s矽光子晶片計畫產出提供高頻與高速性能驗證許多豐碩研發成果外,亦致力於服務國內外學產研界同仁提供精確且優質的量測分析技術服務,為國內外高階光通訊元件模組系統提供同步且多元的精準性能驗證。本矽光子傳輸晶片計畫成果展示的許多主被動矽光積體元件,其性能測試與分析都是在台灣大學-太克科技聯合研究中心完成。

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