Imec demonstriert Hybrid-FinFET

9. Juli 2018

LEUVEN, Belgien, 9. Juli 2018 – Imec, das weltweit führende Forschungs- und Innovationszentrum für Nanoelektronik und Digitaltechnologie, gab heute auf seinem Imec Technology Forum USA in San Francisco bekannt, dass es extrem energiesparende, hocheffiziente Technologien demonstriert hat. Bandbreite optischer Transceiver durch hybride Integration von Silizium-Photonik- und FinFET-CMOS-Technologien. Mit einem dynamischen Stromverbrauch von nur 230 fJ/Bit und einer Grundfläche von nur 0,025 mm2 markieren die optischen 40-Gb/s-Non-Return-to-Zero-Transceiver einen wichtigen Meilenstein bei der Realisierung ultradichter optischer I/O-Lösungen mit mehreren Tb/s für Hochleistungsrechneranwendungen der nächsten Generation.

Der exponentiell wachsende Bedarf an I/O-Bandbreite in Rechenzentrums-Switches und Hochleistungs-Rechenknoten erfordert eine enge Kointegration optischer Verbindungen mit fortschrittlicher CMOS-Logik, die einen breiten Bereich von Verbindungsentfernungen (1 m bis 500 m+) abdeckt. In der vorgestellten Arbeit wurde ein differenzieller FinFET-Treiber gemeinsam mit einem Ringmodulator von Silicon Photonics entwickelt und erreichte eine optische NRZ-Modulation von 40 Gbit/s bei einem dynamischen Stromverbrauch von 154 fJ/bit. Der Empfänger enthielt einen FinFET-Transimpedanzverstärker (TIA), der für den Betrieb mit einer Ge-Wellenleiter-Fotodiode optimiert war und eine NRZ-Fotodetektion mit 40 Gbit/s und einer geschätzten Empfindlichkeit von -10 dBm bei einem Stromverbrauch von 75 fJ/Bit ermöglichte. Hochwertige Datenübertragung und -empfang wurden auch in einem Loopback-Experiment bei 1330 nm Wellenlänge über Standard-Singlemode-Faser (SMF) mit 2 dB Link-Marge demonstriert. Schließlich wurde ein 4x40 Gbit/s, 0,1 mm2 großer Wellenlängenmultiplex-(WDM)-Sender mit integrierter Wärmekontrolle demonstriert, der eine Bandbreitenskalierung über 100 Gbit/s pro Faser ermöglicht.

„Die demonstrierte hybride FinFET-Silicon Photonics-Plattform integriert leistungsstarke 14-nm-FinFET-CMOS-Schaltkreise mit der 300-mm-Silicon-Photonics-Technologie von imec durch dichte Cu-Mikrobumps mit geringer Kapazität. Durch sorgfältiges Co-Design in dieser kombinierten Plattform konnten wir 40 Gbit/s demonstrieren „Optische NRZ-Transceiver mit extrem niedrigem Stromverbrauch und hoher Bandbreitendichte“, sagt Joris Van Campenhout, Direktor des Optical I/O R&D-Programms bei imec. „Durch Designoptimierungen gehen wir davon aus, die Einzelkanal-Datenraten weiter auf 56 Gbit/s NRZ zu verbessern. In Kombination mit Wellenlängenmultiplex bieten diese Transceiver einen Skalierungspfad für ultrakompakte optische Verbindungen mit mehreren Tbit/s unverzichtbar für Hochleistungssysteme der nächsten Generation.“

Diese Arbeit wurde im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsprogramms der Industrievereinigung imec für optische I/O durchgeführt und auf den Symposien zu VLSI-Technologie und -Schaltungen 2018 (Juni 2018) in einem „Late News“-Artikel vorgestellt. Die 200-mm- und 300-mm-Silizium-Photonik-Technologien von Imec stehen Unternehmen und Hochschulen über den Prototyping-Service von imec und den Multiprojekt-Wafer-Service (MPW) iSiPP50G zur Evaluierung zur Verfügung.

Quelle: imec