Angesichts der zunehmenden Skalierung der Cloud-Infrastruktur und der Beschleunigung von KI-Workloads sehen sich Rechenzentren mit einer beispiellosen Nachfrage nach deutlich höherer Bandbreite bei gleichzeitig größerer Energieeffizienz konfrontiert. Während die Rechenleistung rasant zunimmt, hat sich der Systemengpass auf die optischen Verbindungen und Transceiver verlagert, die diese Systeme miteinander verbinden.

Um größere Reichweiten, eine höhere Bandbreitendichte und einen geringeren Energieverbrauch pro Bit zu erreichen, ist nun ein grundlegender Wandel in der Architektur optischer Module – und der Technologien, die diese ermöglichen – erforderlich.

Führend bei 200G/λ: GFs skalierbare Siliziumphotonik und leistungsstarke SiGe-Lösungen
Rechenzentren stoßen rasch an die Grenzen elektrischer Verbindungen, wodurch Siliziumphotonik der einzige skalierbare Weg in die Zukunft ist. Durch die Ermöglichung höherer Datenraten pro Lambda (λ), optischer I/Os und packaging-bewusster Integration definieren die Siliziumphotonik-Lösungen von GF neu, wie Bandbreite in Scale-up- und Scale-out-Architekturen der nächsten Generation skaliert wird.

Die Siliziumphotonik-Technologien von GF bieten die Reichweite, Bandbreitendichte und Energieeffizienz, die erforderlich sind, um den Übergang der Branche zu 200G/λ und darüber hinaus zu unterstützen. In Kombination mit qualifizierten 300-mm-Fertigungs- und Wafer-Level-Testkapazitäten bietet GF eine skalierbare, flexible und serienreife Plattform, die darauf ausgelegt ist, mit zukünftigen Datenraten und fortschrittlichen Verpackungsarchitekturen mitzuwachsen – mit folgenden Funktionen:

  • Unterstützung von 200 G/λ PAM4 – eine Grundvoraussetzung für skalierbare 1,6-T-Transceiver
  • Zahlreiche Modulatoroptionen für Hochgeschwindigkeits-Senderarchitekturen, darunter Mach-Zehnder, MicroRing und RAMZI
  • Hochgeschwindigkeits-Fotodetektoren für eine verbesserte Empfängerleistung
  • Integration von Siliziumnitrid-Wellenleitern (SiN) und Spotgrößenwandlern für eine höhere optische Einspeiseleistung, verbesserte Kopplungseffizienz und langfristige Zuverlässigkeit
  • Unterstützung sowohl für V-Nut-Fasern als auch für Standard-Kantenkopplungsfasern
  • 2,5D/3D-Integration auf Basis von Through-Silicon-Vias (TSV) zur Verkürzung der elektrischen Pfade, zur Senkung des Stromverbrauchs und zur Realisierung von Optiken in unmittelbarer Nähe des Gehäuses sowie von gemeinsam verpackten Optiken bei 1,6 T

Darüber hinaus ist Siliziumgermanium (SiGe) nach wie vor ein entscheidender Faktor für die Entwicklung leistungsstarker optischer Transceiver – es bildet die Grundlage für die Analog- und Mixed-Signal-Elektronik, die optische Signale sendet und empfängt.

Nachdem GF mit seiner SiGe8XP-Technologie branchenführende 100G/λ-Implementierungen ermöglicht hat, ist das Unternehmen nun bestens aufgestellt, um mit seinen zusätzlichen leistungsstarken SiGe-Lösungen – darunter 9HP+ – den Übergang zu 200G/λ anzuführen. Die SiGe 9HP+-Plattform von GF setzt neue Maßstäbe bei der HBT-Leistung und bietet ft/fmax von 340/410 GHz sowie eines der branchenweit umfassendsten BiCMOS-Angebote. Die Kombination aus Hochgeschwindigkeits-HBTs, fortschrittlicher CMOS-Integration, verlustarmer Metallisierung und Hochspannungs-LDMOS macht sie zur Technologie der Wahl für die leistungsstärksten optischen Transceiver von heute. Über die reine Transistorgeschwindigkeit hinaus bietet SiGe 9HP+ entscheidende Vorteile auf Systemebene:

  • Höhere Integrationsdichte für kompakte, thermisch effiziente Designs
  • Ein umfangreiches Portfolio an Präzisions-Passivkomponenten, darunter Metallwiderstände, MIM-Kondensatoren und Übertragungsleitungen
  • Branchenführende PDK-Infrastruktur und Gerätemodelle, die den Abschluss des Entwurfs beschleunigen und die Anzahl der Entwurfsiterationen reduzieren

Zusammen ermöglichen diese Funktionen den Entwicklern, die strengen Anforderungen an Leistung und Bandbreite sowie die hohen Anforderungen an die Bauform der 200G/λ-Generation zu erfüllen.

Ein einheitlicher Weg von der Optik zur Elektronik: Kointegration von Siliziumphotonik und SiGe
GF ermöglicht als einziges Unternehmen die Kointegration von Siliziumphotonik und SiGe und bietet damit eine optimierte End-to-End-Lösung, die Optik, elektrische ICs und fortschrittliche Verpackungstechnologien umfasst. Dieser umfassende Ansatz reduziert die Systemkomplexität, verbessert die Skalierbarkeit und ermöglicht es Kunden, die Stärken beider Technologien zu nutzen – wodurch die Geschwindigkeit, Energieeffizienz und Integration erreicht werden, die erforderlich sind, um die heutigen architektonischen Einschränkungen zu überwinden.

Den Weg zu 400G/λ ebnen mit Photonik der nächsten Generation und fortschrittlichem SiGe-BiCMOS
Um 400G/λ und mehr zu ermöglichen, müssen die Grenzen herkömmlicher Modulatoren überwunden werden. Da bekannt ist, dass Silizium allein jenseits von 200G/λ vor wachsenden Herausforderungen stehen wird, erweitert GF weiterhin die Grenzen des Siliziums und erforscht gleichzeitig neuartige Materialien. Dazu gehört eine Strategie, die sich auf die hybride und heterogene Integration von Materialien mit hohem Pockels-Effekt – wie Dünnschicht-Lithiumniobat (TFLN), Bariumtitanat (BTO) und fortschrittliche elektrooptische Polymere – direkt auf unsere Silizium-Photonik-Plattform konzentriert, um einen Betrieb mit ultrahoher Bandbreite (>100 GHz) bei niedrigerer Ansteuerspannung zu ermöglichen.

GF hat zudem CBIC eingeführt, die branchenweit erste SiGe-Complementary-BiCMOS-Plattform, um den Sprung auf 400G/λ zu unterstützen. Durch die Kombination von schnellen SiGe-HBTs mit einer flexiblen CMOS-Integration ermöglicht CBIC neue energieeffiziente Transceiver-Architekturen, die für extreme Bandbreitenanforderungen optimiert sind – mit folgenden wesentlichen Vorteilen:

  • Branchenführender NPN-Transistor mit ft/fmax > 400 GHz für verbesserte analoge Leistung
  • Unterstützung innovativer Verstärkertopologien, die eine hohe Verstärkung bei hoher Bandbreite bei deutlich geringerem Stromverbrauch bieten
  • Ein modularer Ansatz, der es Kunden ermöglicht, Kosten, Leistung und Integration auf bestimmte Klassen optischer Module abzustimmen

Ausblick: Die Zukunft optischer Systeme gestalten
Da sich die optischen Datenübertragungsraten in Richtung Multi-Terabit-Architekturen entwickeln, gewinnen Innovationen in den Bereichen Siliziumphotonik, SiGe und fortschrittliche Verpackungstechnologien zunehmend an Bedeutung. Um dies zu ermöglichen, konzentriert sich die Roadmap von GF auf die weitere Leistungssteigerung von HBT-Technologien und fortschrittliche 3D-Integration, um eine engere gemeinsame Verpackung von optischen und elektrischen Komponenten zu ermöglichen.

Auf der Grundlage einer bewährten Basis und einer klaren Strategie hat sich GF zum Ziel gesetzt, die Entwicklung optischer Verbindungstechnologien voranzutreiben, die das nächste Jahrzehnt der Cloud- und KI-Infrastruktur prägen werden.

Möchten Sie mehr erfahren? Treffen Sie die Experten von GF für Siliziumphotonik und SiGe auf der OFC und besuchen Sie uns am Stand Nr. 817, um zu erfahren, wie wir die nächste Generation der optischen Konnektivität ermöglichen.

Radhika Arora, Vizepräsidentin und Geschäftsführerin für steckbare Siliziumphotonik
Kyra Ledbetter, Produktmanagerin für HF-Produkte
Arvind Narayanan, Leiter der SiGe-Produktlinie