據(jù)麥姆斯咨詢介紹，人工智能（AI）以及更具體的大型語言模型（例如ChatGPT）的最新進展給數(shù)據(jù)中心帶來了壓力。人工智能模型需要大量的數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，為了在處理單元和內(nèi)存之間移動數(shù)據(jù)，高效的通信鏈路變得非常必要。

對于長距離通信，光纖幾十年來一直是首選解決方案。對于短距離數(shù)據(jù)中心內(nèi)的通信，由于光纖與傳統(tǒng)電氣鏈路相比具有出色的性能，業(yè)界現(xiàn)在也開始采用光纖。

最近的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)在甚至可以在非常短的距離內(nèi)從電氣互連切換到光互連，例如同一封裝內(nèi)的芯片之間的通信。這需要將數(shù)據(jù)流從電域轉(zhuǎn)換到光域，這發(fā)生在光收發(fā)器中。硅光子學(xué)是制造這些光收發(fā)器中使用最廣泛的技術(shù)。

通過3D堆疊實現(xiàn)集成，但不可忽視熱影響

封裝內(nèi)的有源光子器件（例如調(diào)制器和光電探測器）仍然需要與電子驅(qū)動器連接，以便為器件供電并讀取傳入數(shù)據(jù)。通過3D堆疊技術(shù)將電子芯片（EIC）堆疊在光子芯片（PIC）之上，可實現(xiàn)芯片之間非常緊密的集成，并且寄生電容很低。

電子芯片與光子芯片的3D集成

近期，比利時的研究人員對這種利用3D堆疊方式實現(xiàn)集成的熱影響進行了研究，并在Journal of Optical Microsystems期刊上發(fā)表了相關(guān)論文進行介紹。

光子芯片的設(shè)計由環(huán)形調(diào)制器陣列組成，這些調(diào)制器以其溫度敏感性而聞名。為了在數(shù)據(jù)中心等要求苛刻的環(huán)境中工作，它們需要主動熱穩(wěn)定。這是通過集成加熱器的形式實現(xiàn)的。出于能源效率的原因，顯然應(yīng)該最小化熱穩(wěn)定所需的功率。

來自魯汶大學(xué)（KU Leuven）和納米/光學(xué)研究中心imec的研究團隊通過實驗測量了將電子芯片倒裝焊接光子芯片之前和之后環(huán)形調(diào)制器的加熱器效率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)加熱器效率相對下降了（-43.3%），研究團隊將其描述為“重大影響”。

此外，3D有限元模擬將這種損失歸因于電子芯片中的熱擴散。應(yīng)避免這種熱擴散，因為在理想情況下，集成加熱器中產(chǎn)生的所有熱量都包含在光子芯片附近。倒裝焊接電子芯片后，光子器件之間的熱串?dāng)_也增加了高達+44.4%，使單獨的熱控制變得更加復(fù)雜。

量化3D光子/電子芯片集成的熱影響至關(guān)重要，但防止加熱器效率損失也同樣重要。因此，進行了熱模擬研究之后，研究人員改變了典型的設(shè)計變量，以提高加熱器效率。結(jié)果表明，通過增加微凸塊和光子芯片之間的間距以及減小互連線寬，可以最大限度地減少3D集成的熱損失。

審核編輯：湯梓紅