Siliziumphotonik-Chips

Die disruptiven Innovationen von Sicoya´s Siliziumphotonik Technologie werden den Markt für Serververbindungen in Datencentern grundlegend verändern. Die Gründe dafür sind die geringen Kosten, Energieeffizienz und die Skalierbarkeit hin zu großen Stückzahlen.

Sicoya arbeitet seit 2007 in enger Kooperation mit seinem Fabrikationspartner zusammen. In dessen Technologieplattform wird für die Kointegration ein sogenannter SiGe-BiCMOS-Prozess verwendet. Dies ermöglicht Sicoya die modular integrierte Bauweise, welche photonische und elektrische Komponenten zusammen auf einem integrierten Chip mit lithographischer Präzision fertigt. Dadurch wird die Anzahl der Produktionsschritte beim Packaging drastisch reduziert. Die Kosten für den Zusammenbau der Einzelkomponenten (Packaging) liegen bei etwa 80 % für den gesamten Transceiver (Yole Développement Report 2015), sodass Sicoya hierbei erhebliche Kostendegressionseffekte besitzt. Des Weiteren ermöglicht die Prozessierung auf Waferebene innerhalb eines ausgereiften CMOS-Prozesses einen deutlich höheren Yield als bei anderen proprietären Herstellungsverfahren.

Sicoya hat eine komplette Bibliothek optischer Komponenten für Siliziumphotonik basierte Produkte entwickelt. Der geringe Flächenbedarf dieser Komponenten, speziell des elektro-optischen Modulators, und deren niedrigen optischen Verluste bedeuten eine effiziente Ausnutzung der Strahlung aus der Laserquelle.
Als Teil der elektronisch photonischen Kointegration können elektronische Schaltkreise, wie Modulatortreiber, integriert werden, die eine deutlich reduzierte Leistungsaufnahme aufweisen. Dies gelingt durch äußerst kurze Signalwege für die HF Signale und die Vermeidung hoher Kapazitäten. Das System aus Treiber mit Modulator und Photodetektor mit Transimpedanzverstärker kann somit wie ein konzentriertes Element behandelt werden ohne die Notwendigkeit, Übertragungsstrecken zu berücksichtigen.
Alle diese Faktoren bewirken eine Steigerung der Energieeffizienz, wovon unter anderem auch die verfügbare Bandbreite pro Frontplatte im Serverrack profitiert.

Für die Chipproduktion großer Stückzahlen ist die Chipfläche der entscheidende Kostenfaktor. Erst die Verfügbarkeit photonischer Komponenten mit viel kleinerem Flächenbedarf im Vergleich zu den elektronischen Blöcken macht Kointegrationslösungen daher kommerziell sinnvoll. Siliziumphotonik-Schaltkreise können wegen der äußerst kleinen Wellenleiterquerschnitte (450×220 nm2) mit einer extrem hohen Integrationsdichte und Komplexität entworfen werden. Das Herzstück eines optischen Transceiver Designs ist dabei der Modulator, der die elektrischen Datensignale in eine Lichtmodulation umwandelt.
Sicoyas Kerntechnologie umfasst den weltweit kleinsten Silizium-Modulator, von dem mehr als 10.000 Stück auf einem Quadratmillimeter prozessiert werden können. Diese Größenreduktion überträgt sich direkt in eine höhere Energieeffizienz bezüglich der Elektronik und der Nutzung des Lichtes aus der Laserquelle, wodurch eine herausragende Performance bezüglich Energieverbrauch, Zuverlässigkeit und Signalintegrität erreicht wird.

Der einzig gangbare Weg, die mit der Anzahl der Datenkanäle skalierenden Aufbaukosten zu reduzieren, liegt in der On-Chip Integration. Sicoya nutzt eine SiGe-BiCMOS Prozesstechnologie für die Kointegration ultra-schneller elektro-optischer Modulatoren und Photodetektoren direkt neben elektrischen Komponenten wie Treibern, Transimpedanzverstärkern und Digitalblöcken auf demselben Chip, in einem kostengünstigen Transceiver mit überragender Performance.
Die Kointegration bietet mehrere bedeutende Vorteile. Die elektrische Leistungsaufnahme wird durch Impedanzanpassung, Vermeidung von Übertragungsleitungen und Verringerung parasitärer Ströme deutlich gesenkt. Die Verbesserung der Signalqualität und die deutlich erhöhte Empfindlichkeit des Empfängers führen zu größeren optischen Linkbudgets für die gesamte Verbindung und somit komplexeren Vernetzungstopologien im Datencenter. Die gesamte Prozesskette ist dabei konsequent auf das Testen auf Waferebene ausgelegt, um unnötige Fertigungsschritte zu vermeiden.