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Interconexión óptica

En circuitos integrados , las interconexiones ópticas se refieren a cualquier sistema de transmisión de señales de una parte de un circuito integrado a otra utilizando luz. Las interconexiones ópticas han sido tema de estudio debido a la alta latencia y el consumo de energía que implican las interconexiones metálicas convencionales para transmitir señales eléctricas a largas distancias, como en las interconexiones clasificadas como interconexiones globales . La Hoja de Ruta Tecnológica Internacional para Semiconductores (ITRS) ha destacado el escalamiento de las interconexiones como un problema para la industria de los semiconductores.

En las interconexiones eléctricas, las señales no lineales (por ejemplo, las señales digitales) se transmiten mediante cables de cobre de manera convencional, y todos estos cables eléctricos tienen resistencia y capacitancia que limitan severamente el tiempo de subida de las señales cuando se reduce la dimensión de los cables. Se utilizan soluciones ópticas para transmitir señales a largas distancias para sustituir la interconexión entre matrices dentro del encapsulado del circuito integrado (CI).

Para controlar adecuadamente las señales ópticas dentro del pequeño paquete de CI, se puede utilizar la tecnología del sistema microelectromecánico (MEMS) para integrar los componentes ópticos (es decir, guías de ondas ópticas , fibras ópticas , lentes , espejos , actuadores ópticos , sensores ópticos, etc.) y las partes electrónicas juntas de manera efectiva.

Problemas de la interconexión actual en el paquete

Los cables metálicos físicos convencionales poseen tanto resistencia como capacitancia , lo que limita el tiempo de subida de las señales. Los bits de información se superpondrán entre sí cuando la frecuencia de la señal aumente hasta un cierto nivel. [1]

Beneficios de utilizar interconexión óptica

Las interconexiones ópticas pueden proporcionar ventajas sobre los cables metálicos convencionales, entre las que se incluyen: [1]

  1. Tiempo más predecible
  2. Reducción de potencia y área para distribución de reloj.
  3. Independencia de la distancia en el rendimiento de las interconexiones ópticas
  4. Sin interferencias dependientes de la frecuencia
  5. Ventajas arquitectónicas
  6. Reducción de la disipación de potencia en las interconexiones
  7. Aislamiento de voltaje
  8. Densidad de interconexiones
  9. Reducción de las capas de cableado
  10. Los chips se pueden probar en un equipo de prueba óptica sin contacto
  11. Beneficios de los pulsos ópticos cortos

Desafíos para la interconexión óptica

Sin embargo, todavía existen muchos desafíos técnicos a la hora de implementar interconexiones ópticas densas en chips CMOS de silicio. Estos desafíos se enumeran a continuación: [2]

  1. Circuitos receptores e integración de fotodetectores de baja capacitancia
  2. Mejora evolutiva en dispositivos optoelectrónicos
  3. Ausencia de tecnología optomecánica práctica apropiada
  4. Tecnologías de integración
  5. Control de polarización
  6. Dependencias de la temperatura y variación del proceso
  7. Pérdidas y errores
  8. Capacidad de prueba
  9. Embalaje

Véase también

Referencias

  1. ^ de David AB Miller, 'Fundamentos y desafíos de las interconexiones ópticas con chips electrónicos', Actas del IEEE, vol. 88, n.º 6, junio de 2000
  2. ^ RK Dokania y AB Apsel , "Análisis de los desafíos para las interconexiones ópticas en chip", Actas del Simposio de los Grandes Lagos sobre VLSI de la ACM, 10 al 12 de mayo de 2009, Boston