imec矽光子平台首次展示110GHz超寬頻C頻段鍺矽電致吸收調變器
前言：
imec研發的鍺矽（GeSi）電致吸收調變器（EAM）達到單通道400Gb/s的網路傳輸率，預告著緊湊型高頻寬低延遲高能源效率調變器的新世代到臨；這些調變器為短距離、垂直擴展型（scale-up）光通訊互連與矽材可製造性而量身設計。
2025年10月2日--比利時微電子研究中心（imec）今日宣布成功展示一款頻寬超過110GHz的C頻段鍺矽（GeSi）電致吸收調變器（electro-absorption modulator，簡稱為EAM），該元件在imec研發的12吋矽光子平台上製造。imec研發的這款調變器達到每通道400Gb/s的網路傳輸率，並為緊湊設計、低延遲和高能源效率進行優化，為新一代光學強度調變直接偵測（IM/DD）鏈路建立基礎，這些鏈路透過簡易且具成本效益的方式為資料中心機架與刀鋒伺服器建立互連。這項技術將是滿足AI應用需求的關鍵，這些應用仰賴更快速、更高效的機器學習訓練。
人工智慧（AI）應用—還有驅動這些應用的機器學習（ML）訓練，需要能夠幾乎即時響應來交換巨量資料的運算架構。要滿足這項挑戰就需要在資料中心機架和刀鋒伺服器之間建立短距離且垂直擴展型的內連，提供最小延遲與單通道 400Gb/s 的位元傳輸率（現已普遍當作為未來就緒的部署基準。） 由電致吸收調變器驅動的光學IM／DD鏈路成為新興的關鍵推手。
IDLab實驗室（設於根特大學的imec研究團隊）研究員Cedric Bruynsteen解釋：「開發正確的調變器來協助這些光學IM／DD鏈路一直是一大研究重點，因為常用的技術選項都有缺點。」 「舉例來說，薄膜鈮酸鋰Mach-Zehnder調變器（MZM）提供絕佳的線性度、低光學損耗和超高頻寬，但其佔版面積大且面臨汙染挑戰，使其與先進CMOS邏輯元件的晶圓級整合受阻，挑戰其在共封裝光學元件（CPO）與光學I／O的未來應用。另一方面，微型環型共振腔調變器提供高整合密度，但需要大量的穩定控制電路，而這會限制其能源效率。」
超高頻寬、單通道400Gb/s的IM／DD傳輸與可在C頻段元件內部晶圓級製造的獨特組合 以驅動新一代光通訊互連
Cedric Bruynsteen表示：「我們開發的C頻段鍺矽電致吸收調變器正面迎擊這些挑戰。透過充分利用Franz-Keldysh效應，這款調變器達到緊湊設計、高速與低功耗傳輸。另多虧了其鍺矽基礎，還能與我們開發的12吋矽光子平台無縫整合，實現大眾市場的可製造性。」
imec的這項成果結合兩項世界首創：首次展示在C頻段運作的110GHz超寬頻鍺矽電致吸收調變器，以及首次利用矽基電致吸收調變器來實現單通道 400Gb/s 的網路傳輸率。
這項創舉奠基在元件整合與系統級這兩方面累積超過10年的研發進展。在元件整合方面，imec研究人員優化了佔板面積尺寸、摻雜方案與磊晶成長製程。在系統方面，他們開發了穩健的傳輸設置，藉此展現這款電致吸收調變器具備在四階脈衝振福調變（PAM-4）IM／DD鏈路內實現單通道 400Gb/s 網路資料傳輸的性能。
未來發展：探索真正的頻寬限制
Bruynsteen總結：「這些成果清晰刻劃了我們這款鍺矽電致吸收調變器在實現新一代垂直擴展型光通訊互連的潛力。不過有趣的是，這款調變器本身不曾是我們測試頻寬的限制因素，把我們頻寬上限設在110GHz的是測量設備。因此，透過取得更高頻的測量工具，下一步是揭開這款元件的真正頻寬限制，並評估其在資料中心那樣的高溫狀態下所展現的性能。」
同時，imec正在8吋與12吋矽光子平台將這款鍺矽電致吸收調變器開放給合作夥伴，讓他們探索該元件用於AI訓練研發園區內部垂直擴展型網路的發展潛力。
這些研究成果詳載於一篇今年歐洲光通訊會議（EOOC）會後接受的論文。
了解有關imec開發的12吋矽光子平台與原型設計服務的更多資訊，請造訪此網頁：https://www.imec-int.com/en/what-we-offer/development/photonics
imec 簡介
比利時微電子研究中心（imec）是先進半導體科技領域中，世界領先級的研究與創新中心。憑藉先進研發設備以及6000多名員工和頂尖研究人員組成的團隊，imec的研究技術包括半導體和系統微縮技術、矽光子、人工智慧、資通和感測技術。
Imec的頂尖研究成果為眾多產業帶來突破性進展，包括電腦運算、醫療健康、汽車、能源、資訊娛樂、工業、農業食品和安全。透過IC-Link，imec協助企業完成晶片研發的每個階段——從最初的概念到全面量產——並提供客製化解決方案，以滿足最先進的設計和生產需求。
imec結合了整個半導體核心價值鏈中的先行者、與法蘭德斯區和世界各地的科技公司、新創公司、學術界和研究機構皆有合作。imec的總部位於比利時魯汶，在比利時德國、荷蘭、義大利、英國、西班牙和美國各地設有研究機構，並在全球三大洲設有代表處。2024年，imec的收益（損益表）總計10.34億歐元。
更多的訊息, 請至www.imec-int.com
