Imec показала фотодіод на 100 ГГц для оптичного каналу 400 Гбіт/с при 5 В

Дослідницький центр imec представив германій-кремнієвий лавинний фотодіод, який поєднує смугу пропускання 100 ГГц, робочу напругу 5 В і чутливість 1,8 А/Вт. Пристрій виготовлено на 300-мм платформі кремнієвої фотоніки. У лабораторній демонстрації він став приймальною частиною оптичного каналу з чистою швидкістю 400 Гбіт/с — параметром, важливим для майбутніх з’єднань усередині AI-датацентрів.

Лавинний фотодіод перетворює світловий сигнал на електричний і додатково підсилює його всередині структури. Це може покращити чутливість приймача без окремого потужного підсилювача, але традиційно внутрішній gain вимагає вищої напруги або зменшує смугу пропускання. Imec заявляє, що новий APD долає цей компроміс і дає приблизно дворазове внутрішнє підсилення при лише 5 В.

Інженери взяли відому архітектуру SACM, де окремі області відповідають за поглинання та множення носіїв, але переробили її основу. Ширину шару множення зменшили до менш ніж 100 нм, германій глибоко інтегрували в кремній і прибрали окремий зарядовий шар. За даними imec, результатом стали одночасно 100 ГГц, 1,8 А/Вт та подібна поведінка в O- і C-оптичних діапазонах.

Для системної перевірки фотодіод об’єднали з германій-кремнієвим електроабсорбційним модулятором C-діапазону зі смугою понад 110 ГГц, який imec показала роком раніше. Разом передавач і приймач забезпечили 400 Гбіт/с корисної швидкості на одній демонстраційній лінії. Покращення чутливості на 3 дБ створює додатковий запас: його можна витратити на нижчу потужність лазера або допустити більші втрати тракту.

Оптика стає критичною для кластерів, де тисячі прискорювачів постійно обмінюються параметрами моделей. Електричні лінії на великих швидкостях споживають більше енергії та мають обмеження за відстанню. Канали по 400 Гбіт/с на одну лінію потенційно дозволять збільшити щільність з’єднань між платами й стійками, а нижча напруга приймача допоможе скоротити енергетичні витрати на переміщення кожного біта.

Поки це дослідницький результат, а не готовий оптичний модуль для сервера. У публічному повідомленні немає даних про ресурс, температурний діапазон, вихід придатних елементів, упаковку, вартість чи стабільність у великій матриці каналів. Потрібно також інтегрувати лазери, драйвери, електроніку обробки та волоконні з’єднання. Показник одного фотодіода не дорівнює споживанню всього трансивера.

Значення роботи полягає в сумісності з 300-мм кремнієвою фотонною платформою та одночасному покращенні швидкості, чутливості й напруги. Якщо технологію вдасться масштабувати, вона може стати будівельним блоком для оптичних інтерконектів наступного покоління. Однак порівнювати її з комерційними модулями слід лише після появи повних вимірювань каналу, енергоспоживання на біт і серійної економіки.