面向高性能计算机超结点的关键微纳光电子器件(11)

拟采用可重构无阻塞的拓扑结构，大幅度减少光开关单元数量。2）在光交换阵列的设计中，还将通过增加复合中心减小载流子的寿命，消除载流子抽取过程中的“拖尾”现象，提高速度；并通过光学结构（光波导与器件）和电学结构（调制区）的优化设计，增大光场与电场的有效交叠面积，来增强等离子色散效应, 降低功耗。3）优化上述方法，可将开关时间降至10ps量级，并大幅度降低驱动功率。4）采用 CMOS 工艺中标准的大面积深紫外曝光技术解决上述制作工艺和大面积集成的难题。

集成技术方案：本项目研究的微纳光电子集成芯片主要由数据传输功能、 交换功能和路由功能组成，采用光电并行双网络体系结构的技术方案，包括实 现数据传输功能和交换功能的光传输交换网络和实现路由功能的电控制网络。

1）采用硅基光电子技术，实现激光光源、调制、探测、光交换和光波导等微纳 光电子器件及其集成，形成基于胖树/3D-TORUS 拓扑结构、源路由/分布式路由、 线路交换/报文交换的高带宽、低延迟的光传输交换网络；2）基于硅基电技术， 电控制网络采用带内信令、源路由、数据缓冲、线路交换方式、光交换电控制 等。实现光传输网络和电控制网络的功能融合和协同工作，优化光传输交换网 络的微纳光电子器件的技术指标和最佳数据单元长度，确定光传输网络和电控 制网络的实现技术，提高光传输交换网络和电控制网络的整体性能；3）建立大 规模光电集成的多场耦合仿真模型，优化微纳尺度光、电、热、力的传导耦合 与隔离。

本课题将研究和实现微纳光电子集成芯片中最关键的微纳光电子器件和集 成技术。包括微纳激光器、微纳硅基探测器、微纳硅基调制器和微纳硅基16X16 光交换阵列等，将近2000 个新型微纳光电子器件实现集成，构成超计算结点中 两个 CPU间数据交换的通道，达到CPU输出输入带宽800Gb/s以上，CPU间交换总带宽不低于12.8Tb/s的技术指标。

3、创新性与特色

1)提出一种新型微纳结构激光器，通过光子晶体慢光效应缩小腔长、通过等 离激元微纳结构限制横模尺寸到亚波长量级，利用异质材料兼容技术及倏逝波耦 合解决硅波导中激光输出的问题。

2)采用 10～100 纳米尺度的波导结构和材料界面， 设计出具有强光学限制