혁신적인 실리콘 광검출기(Si 광검출기)

혁명적인실리콘 광검출기（Si 광검출기）

혁신적인 올실리콘 광검출기(Si 광검출기), 전통적인 것을 뛰어넘는 성능

인공지능 모델과 심층 신경망의 복잡성이 증가함에 따라 컴퓨팅 클러스터는 프로세서, 메모리 및 컴퓨팅 노드 간의 네트워크 통신에 대한 요구가 더욱 커지고 있습니다. 그러나 전기적 연결에 기반한 기존의 온칩(on-chip) 및 칩 간 네트워크는 증가하는 대역폭, 지연 시간 및 전력 소비 요구를 충족하지 못했습니다. 이러한 병목 현상을 해결하기 위해 긴 전송 거리, 빠른 속도, 높은 에너지 효율을 갖춘 광 상호 연결 기술이 점차 미래 발전의 희망으로 떠오르고 있습니다. 그중 CMOS 공정 기반 실리콘 포토닉스 기술은 고집적, 저비용, 그리고 처리 정확도로 인해 큰 잠재력을 보여줍니다. 그러나 고성능 광 검출기의 구현은 여전히 ​​많은 과제에 직면해 있습니다. 일반적으로 광 검출기는 검출 성능을 향상시키기 위해 게르마늄(Ge)과 같은 좁은 밴드갭을 가진 물질을 통합해야 하지만, 이는 제조 공정의 복잡성, 비용 증가, 그리고 수율의 불안정성을 초래합니다. 연구팀이 개발한 전실리콘 광검출기는 게르마늄을 사용하지 않고도 채널당 160Gb/s의 데이터 전송 속도를 달성했으며, 혁신적인 듀얼 마이크로링 공진기 설계를 통해 총 전송 대역폭은 1.28Tb/s에 달했습니다.

최근 미국 공동 연구팀은 혁신적인 연구 결과를 발표하며, 100% 실리콘 애벌랜치 포토다이오드(Avalanche Photodiode)를 성공적으로 개발했다고 발표했습니다.APD 광검출기) 칩. 이 칩은 초고속, 저비용 광전 인터페이스 기능을 갖추고 있어 향후 광 네트워크에서 초당 3.2Tb 이상의 데이터 전송을 달성할 것으로 예상됩니다.

기술적 혁신: 이중 마이크로링 공진기 설계

기존 광검출기는 대역폭과 응답성 사이에 양립할 수 없는 모순을 갖는 경우가 많습니다. 연구팀은 이중 마이크로링 공진기 설계를 사용하여 이러한 모순을 성공적으로 해소하고 채널 간 혼선을 효과적으로 억제했습니다. 실험 결과는 다음과 같습니다.전실리콘 광검출기0.4 A/W의 응답 속도, 1 nA의 낮은 암전류, 40 GHz의 높은 대역폭, 그리고 -50 dB 미만의 매우 낮은 전기적 누화를 제공합니다. 이러한 성능은 실리콘-게르마늄 및 III-V 재료를 기반으로 하는 현재 상용화된 광검출기와 유사합니다.

미래를 바라보며: 광 네트워크 혁신으로 가는 길

올실리콘 광검출기의 성공적인 개발은 기술적으로 기존 솔루션을 능가했을 뿐만 아니라 약 40%의 비용 절감을 달성하여 향후 고속 저비용 광네트워크 구현의 토대를 마련했습니다. 이 기술은 기존 CMOS 공정과 완벽하게 호환되고, 매우 높은 수율과 수율을 자랑하며, 향후 실리콘 포토닉스 기술 분야의 표준 부품으로 자리매김할 것으로 기대됩니다. 연구팀은 앞으로도 도핑 농도를 줄이고 주입 조건을 개선하여 광검출기의 흡수율과 대역폭 성능을 더욱 향상시키기 위해 설계를 지속적으로 최적화할 계획입니다. 동시에, 이 올실리콘 기술을 차세대 AI 클러스터의 광네트워크에 적용하여 더 높은 대역폭, 확장성 및 에너지 효율을 달성하는 방법도 연구할 것입니다.