עם רוחב פס של מעל 110 GHz ותהליך ייצור על פרוסות 300 מ״מ, imec מסמנת את השלב הבא באיחוד אלקטרוניקה ופוטוניקה.
כששוק המוליכים למחצה כולו מחפש דרך לעמוד בקצב הביקוש לנתונים, המילה “מהיר” כבר איבדה ממשמעותה.
ככל שהאלקטרוניקה מתקרבת לגבולות הפיזיקליים של חוק מור, ברור יותר ויותר שהעתיד טמון באור – לא באלקטרונים.
כעת, מכון imec מציג צעד ממשי לעבר אותו עתיד: מודולטור electro-absorption חדש, מבוסס GeSi, הפועל מעבר ל־110 GHz ונבנה כולו על פלטפורמת סיליקון תעשייתית בקוטר 300 מ״מ.
לא מדובר רק בהישג מדעי, מדובר בהצהרה הנדסית:
שאפשר לייצר פוטוניקה מהירה, יציבה וזולה – על אותה תשתית שבה מיוצרים שבבי CMOS הרגילים.
המעבר מהטרנזיסטור לקרן האור
במשך יותר מחמישה עשורים, חוק מור הכתיב את קצב החדשנות: יותר טרנזיסטורים, תדר גבוה יותר, ועיבוד מהיר יותר.
אך מגבלות תרמיות ואנרגטיות החלו לבלום את ההתקדמות. ככל שהמעבדים מתחממים ומתקשים להתמודד עם כמויות המידע, נוצר צורך בשפה חדשה להעברת נתונים – שפת הפוטונים.
פוטוניקה על סיליקון (Silicon Photonics) אינה רעיון חדש, אבל בשנים האחרונות היא עוברת מתיאוריה לייצור.
החזון פשוט: לאחד על שבב אחד רכיבים אלקטרוניים מהירים (CMOS) עם רכיבים אופטיים המשמשים להעברת נתונים במהירות האור.
בפועל, זו משימה מורכבת מאוד. תיאום בין שני עולמות פיזיקליים שונים – אלקטרונים ופוטונים – דורש חומרים חדשים, דיוק תהליך קיצוני, ויכולת לייצר על גבי פרוסות סיליקון תעשייתיות.
בנקודה הזו נכנסת imec.
המודולטור החדש: GeSi EAM במהירות של 110 GHz
ההכרזה האחרונה של imec מציגה את מה שהחוקרים מכנים “הוכחת היתכנות תעשייתית” למודולטור פוטוני עתיר ביצועים.
המודולטור מבוסס על מבנה GeSi (גרמניום-סיליקון) המאפשר שינוי מהיר בתכונות הספיגה האופטיות תחת מתח חשמלי – אפקט הידוע כ-Franz-Keldysh.
באמצעותו ניתן “להדליק ולכבות” את האור בתדירות עצומה, ולשדר מידע דיגיטלי בקצבים של מאות גיגה־ביט לשנייה.
הנתון המרשים ביותר הוא רוחב הפס – מעל 110 GHz.
זהו גבול שנחשב עד כה כמעט בלתי אפשרי להשגה בטכנולוגיית סיליקון סטנדרטית.
במונחי יישום, המשמעות היא 400 Gb/s לערוץ יחיד, בקידוד PAM-4, תוך צריכת אנרגיה של עשרות מיליוואטים בלבד.
במילים פשוטות: imec הצליחה לגרום לסיליקון “לדבר באור” במהירות גבוהה יותר מכל רכיב אחר מסוגו שיוצר בתהליך תואם CMOS.
למה דווקא GeSi
שילוב של גרמניום וסיליקון אינו טריוויאלי.
החומר יוצר שכבה חצי־מתכתית בעלת תכונות ספקטרליות המתאימות במיוחד לתקשורת אופטית בתחום ה-C-band (אזור 1550 ננומטר), המשמש גם ברשתות התקשורת הגלובליות.
יתרונו המרכזי הוא התאמה מבנית למצע סיליקון, המאפשר ייצור באותו ציוד ובאותן טכניקות המשמשות למעבדים.
ה-EAM של imec עושה שימוש בשכבת GeSi דקה במיוחד, המונחת ישירות על waveguide סיליקוני ומוקפת באלקטרודות המפעילות את השדה החשמלי הדרוש.
השילוב הזה מפחית משמעותית את ההפסדים האופטיים ומשפר את קצב התגובה – מה שמוביל לרוחב הפס המרשים של 110 GHz.
החידוש כאן אינו רק במהירות, אלא בעובדה ש-imec מוכיחה כי ניתן להשיג ביצועים של רכיבי InP יוקרתיים – באמצעים של סיליקון תעשייתי.
ייצור על פלטפורמת 300 מ״מ: הדרך אל השוק
במשך שנים, אחד החסמים העיקריים לאימוץ פוטוניקה בקנה מידה רחב היה היעדר תהליך ייצור אחיד.
רכיבים פוטוניים נבנו לרוב בתהליכים ניסיוניים, על פרוסות קטנות ובתצורות לא תעשייתיות.
imec שוברת את המחסום הזה – המודולטור החדש נבנה כולו על תהליך 300 מ״מ CMOS- compatible קיים, במסגרת הפלטפורמה הפוטונית של המכון.
המשמעות עמוקה: לא מדובר בפרוטוטייפ אקדמי, אלא ברכיב שניתן לייצר המונית, לשלב עם אלקטרוניקה קיימת, ולשלב במארזים תעשייתיים (packages) של מערכות תקשורת ו־AI.
במונחים תעשייתיים, זהו מעבר ממדע לשוק.
יישומים ישירים: Data Centers, AI ו־HPC
ככל שמרכזי הנתונים הופכים לצרכנים הגדולים ביותר של אנרגיה, כל ביט שנחסך בדרך בין המעבדים הופך משמעותי.
מודולטור מהיר ויעיל כמו זה של imec עשוי לשנות את כללי המשחק.
הוא מאפשר קישוריות אופטית ישירה בין שבבים (chip-to-chip) או אפילו בתוך מארז יחיד (in-package optical I/O) – גישה הנמצאת כיום בלב פיתוחי ה־AI הגרפיים והמאיצים הנוירוניים.
במקום מאות חיבורים חשמליים עתירי חום, ניתן להעביר מידע באור, כמעט ללא השהיה וללא הפסדים תרמיים.
במחשבי־על ובארכיטקטורות מאיצים מבוזרים, זהו יתרון מכריע.
אם בעשור הקודם המרוץ היה על כוח עיבוד, בעשור הקרוב המרוץ הוא על רוחב פס.
מהירות אינה הכול – גם יעילות חשובה
לצד הרוחב העצום של 110 GHz, אחד ההיבטים המרשימים בפרויקט הוא היעילות.
המודולטור צורך הספק נמוך יחסית ומופעל במתח של פחות מוולט אחד.
בהיקפי פריסה של אלפי ערוצים במרכז נתונים, כל מיליוואט הופך לשיקול קריטי.
imec מדווחת על יחס אופטימלי בין קצב העברת נתונים להספק – תוצאה ישירה של אופטימיזציה הנדסית מדויקת של מבנה GeSi ושל קווי המתכת המזינים אותו.
זהו אחד מאותם רגעים שבהם תכנון חכם מחליף כוח גס.
צעד בדרך ל־EPIC – אינטגרציה אלקטרו־פוטונית מלאה
imec רואה במודולטור החדש נדבך בתוך מסע רחב בהרבה – שילוב מלא של מערכות אלקטרוניות ואופטיות על שבב יחיד.
החזון, הקרוי EPIC (Electronic-Photonic Integrated Circuit), מבקש לבטל את הגבול ההיסטורי בין האלקטרוניקה שמעבדת את המידע לבין הפוטוניקה שמעבירה אותו.
כבר היום פועלים במכון על שילוב לייזרים, גלאים ומרכיבי driver אלקטרוניים באותה סביבת ייצור, כך שבעתיד הלא רחוק ניתן יהיה ליצור מערכות תקשורת שלמות על שבב CMOS בודד.
כאשר ייצור כזה יתממש בקנה מידה רחב, התוצאה תהיה חיסכון ניכר בעלות ובאנרגיה, לצד שיפור דרמטי בקצב ההעברה הכולל של מערכות מחשוב עתירות נתונים.
המודולטור של imec אינו יעד בפני עצמו – הוא אבן דרך בדרך לשבב אחד שמדבר באור.
המשמעות הרחבה: שינוי כיוון בתעשיית הפוטוניקה
הישגה של imec מדגיש מגמה רחבה בתעשיית המוליכים למחצה: המעבר מהמרוץ אחר טרנזיסטורים קטנים יותר למרוץ אחר תקשורת מהירה יותר.
כיום, צוואר הבקבוק אינו המעבד – אלא הקישוריות שבין המעבדים.
הפיתוח של imec מצביע על שינוי פרדיגמה: לא עוד קידום טכנולוגיות אלקטרוניות בלבד, אלא איחוד אמיתי בין עולמות הפיזיקה של אלקטרונים ופוטונים, בפלטפורמה אחת, יציבה וניתנת לייצור.
במובן זה, המודולטור החדש הוא לא רק תוצאה של מחקר – אלא סמן כיוון לעשור הקרוב של תעשיית השבבים.
מבט קדימה
imec מתכננת להמשיך ולפתח את קו ה־GeSi, עם דגש על אינטגרציה עם דרייברים אלקטרוניים, צמצום רעש, ושיפור אמינות לאורך זמן.
מטרת העל היא יצירת רכיבי optical I/O סטנדרטיים שיכולים להשתלב במוצרים מסחריים, החל ממערכות תקשורת ועד מאיצי AI.
בזכות הפלטפורמה הייצורית בקוטר 300 מ״מ, המעבר מהמעבדה אל קווי הייצור של השותפות התעשייתיות של imec עשוי להיות קצר מהרגיל – חודשים, לא שנים.
למעשה, זהו אחד מאותם מקרים שבהם גבול בין מחקר לפיתוח נעלם כמעט לגמרי.
סיכום
המודולטור החדש של imec, מבוסס GeSi ובעל רוחב פס של מעל 110 GHz, מגלם את מה שמהנדסים ברחבי העולם מנסים להשיג כבר שנים: שילוב בין ביצועים קיצוניים לבין ייצור המוני אמין.
הוא מוכיח שפוטוניקה על סיליקון איננה עוד חזון רחוק, אלא טכנולוגיה בשלה שעומדת על סף חדירה רחבה לשוק.
במונחים הנדסיים – זהו צעד קדימה.
במונחים תעשייתיים – זהו שינוי כיוון.
imec מציבה כאן לא רק רף טכנולוגי חדש, אלא גם הצהרה שקטה: שהעתיד של מהירות, יעילות ותקשורת – ייכתב באור.
מקור: imec – Press Release, October 2 2025: “imec debuts beyond 110 GHz C-band GeSi electro-absorption modulator (EAM) on its 300 mm silicon platform.”
תמונה – קרדיט IMEC
