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俞育德研究员:光子集成的现状和发展

2013-11-04 10:43
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  3、 低功耗的要求

  信息网络中,Pb/s量级节点的年耗电量将超过1000亿度 ,比三峡大坝满负荷发电量还有。为了在足够低的芯片能耗下实现高比特率,要求片外总消耗量~50-170fj/b,器件能量~2-30fj/b,片上总能耗~10-30fj/b,器件能量~2-6fj/b.这些指标比当前的器件水平低3-5个能量数。

  4、 集成技术的途径

  硅光子学的出现给光子集成带来了希望。成熟的CMOS工艺提供了极好的技术基础,Si、SOI和SiGe等同CMOS兼容,因此应用CMOS工艺制造光子集成回路是最佳的选择和比由之路。

  硅基半导体是现代微电子产业的基石,但其发展已接近极限。而光电子技术则正处在高速发展阶段,现在的半导体发光器件多利用化合物材料制备,与硅微电子工艺不兼容,因此,将光子技术和微电子技术集合起来,发展硅基光电子科学和技术意义重大。近年来,硅基光电子的研究在国内外不断取得引人注目的重要突破,世界各发达国家都把硅基光电子作为长远发展目标。

  随着微处理器性能呈指数增长,以及超大规模集成电路技术日益逼近它的极限,计算机系统内部通信速度和带宽落后于处理器芯片运算速度的趋势日益扩大,铜互连将成为计算机系统整体性能提升的瓶颈。以实现硅基光电集成为目标的硅基光子学的不断成熟有望解决这一难题。

  在超级计算机之外也存在耗电量将成为大问题的用途。这就是通信网络。虽然其大部分已在使用光通信,但在实施IP数据包路径控制的路由器内部却进行着“光电或电光间的转换”以及“利用电信号进行IP数据包处理”。据NTT微系统集成研究所介绍,日本通信网络的路由器耗电量目前占日本总耗电量的约1%。

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