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集積回路において、光相互接続とは、光を使用して集積回路のある部分から別の部分に信号を送信するシステムを指します。光相互接続は、グローバル相互接続として分類される相互接続など、長距離にわたって電気信号を伝送する際に従来の金属相互接続で発生する高い遅延と電力消費のために研究対象となっています。国際半導体技術ロードマップ(ITRS) は、半導体業界の問題として相互接続のスケーリングを強調しています。
電気相互接続では、非線形信号（デジタル信号など）は従来銅線で伝送されますが、これらの電線はすべて抵抗と容量を持っているため、電線のサイズが縮小されると信号の立ち上がり時間が大幅に制限されます。光ソリューションは、集積回路（IC）パッケージ内のダイ間の相互接続の代わりに長距離で信号を伝送するために使用されます。
小型 IC パッケージ内の光信号を適切に制御するために、微小電気機械システム(MEMS) 技術を使用して、光学コンポーネント (光導波路、光ファイバー、レンズ、ミラー、光アクチュエーター、光センサーなど) と電子部品を効果的に統合することができます。
パッケージ内の現在の相互接続の問題点
従来の物理的な金属線は抵抗と静電容量の両方を持ち、信号の立ち上がり時間を制限します。信号の周波数が一定レベルまで増加すると、情報ビットが互いに重なり合います。[1]
光接続の利点
光接続は従来の金属配線に比べて次のような利点がある。[1]
- より予測可能なタイミング
- クロック分配のための電力と面積の削減
- 光インターコネクトの性能の距離依存性
- 周波数依存のクロストークなし
- 建築上の利点
- 相互接続における電力消費の削減
- 電圧絶縁
- 相互接続の密度
- 配線層の削減
- チップは非接触光学テストセットでテストできる
- 短い光パルスの利点
光インターコネクトの課題
しかし、シリコンCMOSチップに高密度光インターコネクトを実装するには、まだ多くの技術的課題が残っています。これらの課題は以下のとおりです。[2]
- 受信回路と光検出器の低容量集積
- 光電子デバイスの進化的改善
- 適切な実用的な光学機械技術の欠如
- 統合技術
- 偏光制御
- 温度依存性とプロセス変動
- 損失とエラー
- テスト可能性
- パッケージ
参照
参考文献
- ^ ab David AB Miller、「電子チップへの光インターコネクトの根拠と課題」、IEEE 論文集、第 88 巻、第 6 号、2000 年 6 月
- ^ RK Dokania およびAB Apsel、「オンチップ光インターコネクトの課題の分析」、ACM Proceedings of Great Lakes Symposium on VLSI、2009 年 5 月 10 ～ 12 日、ボストン