من خلال تحقيق معدل بيانات صافي قدره 400 جيجابت/ثانية لكل حارة ومُحسّن من أجل الاكتناز وزمن الوصول المنخفض وكفاءة الطاقة العالية، يضع مُعدِّل imec الأساس للجيل التالي من روابط IM/DD الضوئية (تعديل الكثافة مع الكشف المباشر) التي تربط بين رفوف مراكز البيانات والخوادم النصلية بطريقة بسيطة وفعالة من حيث التكلفة.
وستكون هذه التكنولوجيا أساسية لتلبية متطلبات تطبيقات الذكاء الاصطناعي التي تعتمد على تدريب التعلم الآلي الأسرع والأكثر كفاءة.
تتطلب تطبيقات الذكاء الاصطناعي – والتدريب على التعلم الآلي الذي يحركها – بنيات حاسوبية قادرة على تبادل كميات هائلة من البيانات مع استجابة شبه فورية. يتطلب مواجهة هذا التحدي توفير اتصالات بينية قصيرة المدى وواسعة النطاق بين أرفف مراكز البيانات والخوادم النصلية، مما يوفر الحد الأدنى من زمن الوصول ومعدلات البت تبلغ 400 جيجابايت/ثانية لكل مسار (يُنظر إليه الآن على نطاق واسع على أنه المعيار لعمليات النشر الجاهزة للمستقبل). تظهر روابط IM/DD الضوئية التي تعمل بواسطة مُعدِّلات الامتصاص الكهربائي (EAMs) كعامل تمكين رئيسي.
يقول سيدريك بروينستين، الباحث في IDLab – وهي مجموعة أبحاث imec في جامعة غنت (بلجيكا): “لقد كان تطوير المعدِّلات المناسبة لدعم وصلات IM/DD الضوئية محورًا رئيسيًا للبحث، حيث إن خيارات التكنولوجيا شائعة الاستخدام جميعها لها عيوب”. “على سبيل المثال، توفر معدِّلات Mach-Zehnder (MZMs) المصنوعة من الليثيوم الرقيق ذات الأغشية الرقيقة خطية ممتازة، وخسارة بصرية منخفضة، وعرض نطاق ترددي مرتفع للغاية، ولكن آثارها الكبيرة وتحديات التلوث تعيق التكامل على نطاق الرقاقة مع منطق CMOS المتقدم، مما يمثل تحديًا لاستخدامها في المستقبل للبصريات المعبأة معًا وأجهزة الإدخال / الإخراج الضوئية. ومن ناحية أخرى، توفر وحدات تعديل الحلقة الدقيقة كثافة تكامل عالية ولكنها تتطلب دوائر كبيرة للتحكم في الاستقرار، مما يحد من كفاءتها في استخدام الطاقة.
فهو يجمع بين عرض النطاق الترددي الفائق، و400 جيجابت/ثانية لكل حارة نقل IM/DD، وقابلية التصنيع على نطاق الرقاقة في جهاز النطاق C – للجيل القادم من الوصلات الضوئية.
يضيف بروينستين: “تعالج GeSi EAM الخاصة بنا على النطاق C هذه التحديات بشكل مباشر. ومن خلال استغلال تأثير Franz-Keldysh، فإنها تحقق الدمج والسرعة العالية واستهلاك منخفض للطاقة، وبفضل أساس GeSi الخاص بها، فإنها تتكامل بسلاسة مع منصة الضوئيات السيليكونية مقاس 300 مم – مما يتيح قابلية التصنيع في السوق الشامل.”
يجمع إنجاز Imec بين اثنين من الأولويات في العالم: العرض الأول لـ GeSi EAM الذي يتجاوز 110 جيجا هرتز والذي يعمل في النطاق C، وأول تحقيق لصافي نقل بسرعة 400 جيجابت/الثانية لكل حارة مع أي EAM قائم على السيليكون.
إنه إنجاز كبير يعتمد على أكثر من عقد من التقدم على مستوى تكامل الأجهزة والنظام. ومن ناحية تكامل الأجهزة، قام باحثو IMEC بتحسين أبعاد البصمة ومخططات المنشطات وعمليات النمو الفوقي. ومن ناحية النظام، قاموا بتطوير إعداد إرسال قوي أظهر قدرة EAM على نقل بيانات صافي بسرعة 400 جيجابت/ثانية لكل مسار، ويعمل في رابط PAM-4 IM/DD.
“توضح هذه النتائج بوضوح إمكانات GeSi EAM الخاصة بنا لتمكين الجيل التالي من التوصيلات الضوئية واسعة النطاق. ومع ذلك، فمن المثير للاهتمام، أن المغير نفسه لم يكن أبدًا العامل المقيد في تجارب النطاق الترددي لدينا – لقد كانت معدات القياس هي التي حدتنا عند 110 جيجا هرتز. وبالتالي، مع الوصول إلى أدوات قياس التردد العالي، فإن الخطوة التالية هي الكشف عن حدود النطاق الترددي الحقيقية للجهاز وتقييم أدائه في ظل درجات حرارة أعلى ممثل ظروف مركز البيانات”، واختتم بروينستين.
تعمل شركة Imec على إتاحة GeSi EAM للشركاء، مما يمكنهم من استكشاف إمكاناتها لتوسيع نطاق الشبكات داخل مجموعات تدريب الذكاء الاصطناعي.
