Кремниевая фотоника уже давно стала практически существующей технологией. Сдерживание ее развития — нехватка программных инструментов, которые позволяют проектировать кремниевую фотонику так же, как традиционные интегральные схемы. Сегодня построение кремниевой фотоники — это медленный процесс, требующий глубоких знаний в области фотоники и электроники. Усилия становятся все более дорогими, так как все больше компаний стремятся к более тесной интеграции фотонных схем с электронными устройствами.
«Разработчики микросхем не очень знакомы с фотонными структурами, а разработчики фотоники не очень знакомы с чип-инжинирингом», — говорит Томас Даспит, менеджер по продукции в Mentor Graphics, дочерней компании Siemens с прошлого года. «Теперь им нужны знания в разработке полупроводниковых микросхем, чтобы выполнить свою работу. Мы также видим людей, которые впервые начинают применять фотонику, поэтому нам нужно облегчить проблемы, с которыми сталкиваются даже эксперты ».
Именно по этой причине появился LightSuite Photonic Compiler, новый продукт, который компания представила вместе со своим клиентом Hewlett Packard Enterprise. Инструмент сглаживает проблемы интеграции, которые препятствуют развитию кремниевой фотоники, используемой в центрах обработки данных и других датчиках LiDAR. Он может автоматически подключать фотонные и электрические компоненты к одной и той же компоновке, которая может быть изменена за несколько минут по сравнению с неделями, которые потребовались бы при изменении вручную.
Кремниевая фотоника используется внутри центров обработки данных для перемещения информации между tower-серверами и между серверами и хранилищем данных. В то время как поставщики коммутаторов поставляют дискретную кремниевую фотонику, интеграция оптических компонентов в тот же пакет, что и электроника, затрудняется из-за технологических препятствий. Это может измениться в ближайшем будущем, когда появятся программные инструменты, такие как Photonic Compiler, который поддерживает Python, для упрощения интеграции.
«Причина, по которой это происходит сейчас, и наши клиенты просят об этом, заключается в том, что существует техническая потребность», — сказал Ашкан Сейеди, старший научный сотрудник в Пало-Альто, калифорнийская HPE, которая делает ставку на рынок кремниевой фотоники. «До сих пор это было приемлемое техническое решение, и системные архитекторы придумали способы обойти препятствия, используя электронику и алгоритмы для удовлетворения требований [пропускной способности]».
«Теперь все эти трюки обыграны», — сказал Сейеди. Замедление закона Мура, экономического двигателя полупроводниковой промышленности в последние полвека, заставило Hewlett Packard и конкурентов Juniper Networks и Cisco Systems найти новые способы ускорения работы корпоративных компьютеров. Кремниевая фотоника является одним из решений, поскольку она требует меньше энергии для перемещения данных на длинные или короткие расстояния и генерирует меньше тепла, чем электричество, распространяющееся по меди.
Intel также расширила набор сотрудников в области кремниевой фотоники. В связи с тем, что за последний год производственная компания в Санта-Кларе, штат Калифорния, уменьшилась, корпорация Intel удвоила использование кремниевой фотоники, чтобы снизить мощность, потребляемую для высокоскоростной передачи данных между обширными сетями коммутаторов центров обработки данных и задержки рабочих нагрузок машинного обучения. Одной из должностей, которые еще предстоит заполнить, является вице-президент Intel по исследованиям и разработкам в области кремниевой фотоники.
«Мы считаем, что мы только в самом начале, так как во всем мире ведутся масштабные разработки для дальнейшей интеграции», — сказал Эрик Мунье из Yole Développement, добавив, что компании, производящие микросхемы на заказ, такие как Globalfoundries и TSMC, инвестируют в производство кремниевой фотоники. Тем не менее, есть еще проблемы, которые необходимо преодолеть. Они включают в себя высокую стоимость сборки, производства и интеграции модуляторов, сказал Мунье.
Производители в настоящее время пытаются «разработать оптический порт 400G для одного оптоволокна на 500 метров по цене менее доллара за гигабит и с мощностью <5 мВт / Гб», — сказал Мунье. Ожидается, что к 2025 году рынок кремниевых фотонных приемопередатчиков вырастет до 4 миллиардов долларов, сообщает Yole Développement. Это составило бы около 35 процентов всего рынка оптических трансиверов, при этом самым крупным приложением была бы сеть центров обработки данных.
«Никто никогда не говорил мне, что кремниевая фотоника — плохая идея», — сказал Сейеди. «Это всегда было действительно недоступно. [Без программного обеспечения для моделирования] у вас возникают проблемы с оптимизацией и нехваткой рабочего времени, необходимого для построения схемы. Если задача меняется, все должно быть повторено. Новый инструмент делает более крупные схемы намного более удобными и помогает разработчикам избежать ошибок, потому что они не делают все вручную».
