一些分析人士声称随着3nm的到来，摩尔定律将急刹车。大多数情况下，这种对话都围绕着缩小设备中的量子效应问题展开;然而，另一个(可以说是更重要的)问题是互连，它正日益成为系统的瓶颈。
一个较少讨论的扩展趋势是互连。图片由斯坦福大学
对超越摩尔定律的器件改进的需求，以及传统互连方案功能的减少，正在为硅光子领域铺平道路。虽然这个领域并不一定是新领域，但它正在获得越来越多的关注。2020年12月，英特尔在其年度“实验室日”(Lab Days)上讨论了该公司的积极行动研究硅光子学”，以克服电子I/O的限制通过推进光学和硅技术的集成，为未来的数据中心和通过光连接的网络提供支持。”
在这篇文章中，我们将讨论传统集成电路的挑战，硅光子学的需求，并强调最近的研究，科学家使用硅光子学来创建一个改进的超声传感器。
互连的瓶颈
目前集成电路领域有两个总体趋势:设备越来越小，芯片面积越来越大(由于集成度提高)。这些趋势的结果是互连，而不是设备，实际上正成为IC设计的最大瓶颈之一。
集成电路上的互连线受其几何形状和彼此附近位置的直接影响。图片由斯坦福大学
总体而言，互连线正被迫采用更小的几何形状，宽度和厚度都在减少，而全球互连线(如时钟线)也在变得更长，以适应更大的芯片尺寸。
此外，增加的集成正在创建更多的金属层，彼此之间更接近。所有这些结果大大增加了互连阻抗，其中寄生电阻、电容和电感变得比晶体管本身更加突出。
互连正在成为集成电路设计的瓶颈。图片由Grzela et al。
因此，互连是以数据移动能量的形式对系统延迟和功耗做出最大贡献的之一。
硅光子:一个可能的解决方案
正如许多人认为的那样，解决这些问题的办法是硅光子学。
硅光子学利用光进行通信。图片使用courtesy of Luxtera和IEEE频谱
硅光子学是集成电路的一种形式，其中光子集成电路是建立在硅上。在这些电路中，数据通过光通过波导在芯片周围传输和移动，而不是通过铜互连线传输电信号。其结果是一种技术，它避免了日益增长的互连瓶颈问题，在不缩减晶体管规模的情况下创造出更快的ic。
这项技术主要局限于这一点的研究，但有一个强大的推动力，最终将它带到行业中，用于速度和能耗高的用例，如数据中心。
基于硅光子学的超声传感器
欧洲大学间微电子中心(IMEC)的一组研究人员证明了硅光子学的价值雷竞技最新app开发一种基于硅光子学的超声传感器。
传统的超声波传感器使用压电器件阵列，这些压电器件依赖于特定超声频率下的机械共振。不幸的是，这些技术受到许多因素的限制。例如，压电器件越小，它的灵敏度就越低，这就阻碍了它被构建成大型阵列的能力。
超声波传感器的布局。图片由21岁等。
在他们的文章中自然,研究人员提出了一种使用“裂肋”硅光子波导的新方法。该系统包括放置在可移动膜上的主要部分，以及基材上的固定筋。这两个被放置在一个15nm宽的包含强电场的间隙中。
当超声波使薄膜发生畸变时，电场会使波导的折射率发生很大的变化，从而改变固定肋的共振特性。研究人员能够使用可调激光读出这个波长，产生准确的信号。
光的力量
这项研究中提出的超声波传感器据说比传统传感器的灵敏度高100倍，显示了硅光子学可以提供的功率。随着摩尔定律走到尽头，互连变得越来越难处理，硅光子学的转换可能正是保持该领域发展的解决方案。
