CN113900276A - 光电计算平台 - Google Patents
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Abstract
一种集成电路中介层包括：半导体基板层；第一金属接触层，其包括第一金属接触区段和第二金属接触区段，第一金属接触区段包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到第一半导体晶粒的金属触头，并且第二金属接触区段包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到第二半导体晶粒的金属触头。第一图案化层包括单独光掩模图案化的金属路径区段。第二图案化层包括单独光掩模图案化的波导区段，包括跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界的第一波导。第一调制器耦合到第一波导，用于基于在第一金属接触区段中的第一金属触头处接收的电信号来调制第一波导中的光波，并且第二调制器耦合到第一波导，用于基于在第一金属接触区段或第二金属接触区段中的第二金属触头处接收的电信号来调制光波。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年7月6日提交的美国临时专利申请63/048,439的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及光电计算平台。
背景技术
对以模拟或数字形式编码在电信号(例如，电压或电流)上的电子数据执行的计算通常是使用电子计算硬件(诸如在集成电路中实现的模拟或数字电子器件(例如处理器、专用集成电路(ASIC)或片上系统(SoC))、电子电路板或其它电子电路)来实现的。光学信号已被用于长距离和短距离(例如，在数据中心内)传输数据。对此类光学信号执行的操作常常发生在光学数据传输的上下文中，诸如在用于交换或过滤网络中光学信号的设备内。在计算平台中光学信号的使用受到更多限制。
发明内容
一般而言，在第一方面，一种集成电路中介层(interposer)包括：半导体基板层；第一金属接触层，第一金属接触层在集成电路中介层的第一表面处，包括多个金属接触区段，该金属接触区段包括第一金属接触区段和第二金属接触区段，该第一金属接触区段包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到第一半导体晶粒(die)的多个金属触头，第二金属接触区段包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到第二半导体晶粒的多个金属触头。该中介层包括：第一图案化层，第一图案化层在与半导体基板层相距第一距离处，包括多个单独光掩模图案化的金属路径区段；以及第二图案化层，第二图案化层在与半导体基板层相距与第一距离不同的第二距离处，包括多个单独光掩模图案化的波导区段。第二图案化层包括：第一波导，其跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界；第一调制器，在沿着第一波导的第一位置处耦合到第一波导，用于基于在第一金属接触区段中的第一金属触头处接收的电信号来调制第一波导中的光波；以及第二调制器，在沿着第一波导的第二位置处耦合到第一波导，用于基于在第一金属接触区段或第二金属接触区段的第二金属触头处接收的电信号来调制第一波导中的光波。
各方面可以包括以下特征中的一个或多个。波导区段可以包括第一波导区段和第二波导区段，第一波导区段包括将引导模式耦合到第一波导区段的边缘的第一波导的第一部分，第二波导区段包括将引导模式耦合到第二波导区段的边缘的第一波导的第二部分。
金属路径区段可以包括第一金属路径区段，该第一金属路径区段与第一金属接触区段的至少一部分和第二金属接触区段的至少一部分重叠，并在第一金属接触区段的至少一个金属触头和第二金属接触区段的至少一个金属触头之间提供至少一条金属路径。
金属路径区段可以包括第二金属路径区段，该第二金属路径区段与第一金属接触区段的至少一部分重叠并且不与第二金属接触区段的任何部分重叠，并且提供连接到第一金属接触区段的至少一个金属触头的至少一条金属路径。
集成电路中介层还可以包括第二金属接触层，在集成电路中介层的第二表面处，包括多个金属接触区段。
集成电路中介层还可以包括电耦合到第一半导体晶粒或第二半导体晶粒中的至少一个的至少一个电容器或电感器。
第一调制器和第二调制器可以是幅度调制器，其被配置为以相同的预定幅度缩放因子来调制第一波导中的光波。
一般而言，在另一方面，一种制造集成电路中介层的方法包括：在半导体晶圆上形成第一金属接触层，第一金属接触层在集成电路中介层的第一表面处，包括多个金属接触区段。金属接触区段包括第一金属接触区段和第二金属接触区段，第一金属接触区段包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到第一半导体晶粒的多个金属触头，并且第二金属接触区段包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到第二半导体晶粒的多个金属触头。该方法包括：在半导体晶圆上形成在与半导体基板层相距第一距离处的第一图案化层，包括分别对多个金属路径区段进行图案化；以及在半导体晶圆上形成在与半导体基板层相距与第一距离不同的第二距离处的第二图案化层，包括分别对多个波导区段进行图案化。第二图案化层包括：第一波导，其跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界；第一调制器，在沿着第一波导的第一位置处耦合到第一波导，用于基于在第一金属接触区段中的第一金属触头处接收的电信号来调制第一波导中的光波；以及第二调制器，在沿着第一波导的第二位置处耦合到第一波导，用于基于在第一金属接触区段或第二金属接触区段中的第二金属触头处接收的电信号来调制第一波导中的光波。
一般而言，在另一方面，一种装置包括互连模块。该互连模块包括：第一基板；在第一基板上形成的第一金属接触层，其中第一金属接触层包括被配置为电耦合到包括电路的第一晶粒的第一金属触头；以及图案化的波导层，其包括部署在基板上的多个单独光掩模图案化的波导区段，其中图案化的波导层包括第一波导，该第一波导跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界。该互连模块包括：第一调制器，在沿着第一波导的第一位置处耦合到第一波导并且被配置为基于在第一金属触头处从第一晶粒接收的第一电信号来调制在第一波导中行进的光学信号；以及第二调制器，在沿着第一波导的第二位置处耦合到第一波导并且被配置为基于在第二金属触头处接收的第二电信号来调制在第一波导中的光学信号，该第二金属触头电耦合到第一晶粒或包括电路的第二晶粒。第一波导使光学信号能够跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界从源位置行进到目标位置，并且当光学信号从源位置行进到目标位置时，使光学信号被第一和第二调制器调制。
各方面可以包括以下特征中的一个或多个。第一金属接触层可以包括第二金属触头，该第二金属触头被配置为电耦合到包括电路的第二晶粒。
第一金属触头可以以受控塌陷芯片连接电耦合到第一晶粒，并且第二金属触头可以以受控塌陷芯片连接电耦合到第二晶粒。
第一金属触头可以位于与第一单独光掩模图案化的波导区段对应的第一区域；并且第二金属触头可以位于与第二单独光掩模图案化的波导区段对应的第二区域，该第二单独光掩模图案化的波导区段与第一单独光掩模图案化的波导区段不同。
该装置可以包括：检测器，被配置为在光学信号传输经过第一和第二调制器之后检测光学信号以生成检测到的信号；以及电路，被配置为使用指示通过其调制信号的调制器的数量的预定幅度尺度(scale)来映射检测到的信号的检测到的幅度。
该装置可以包括：检测器，被配置为在光学信号传输经过第一和第二调制器之后检测光学信号以生成检测到的信号；以及电路，被配置为使用指示通过其调制信号的调制器的数量的预定相位尺度来映射检测到的信号的检测到的相位。
该装置可以包括：检测器，被配置为在光学信号传输经过第一和第二调制器之后检测光学信号以生成检测到的信号；以及电路，被配置为使用指示通过其调制信号的调制器的数量的预定偏振尺度来映射检测到的信号的检测到的偏振。
每个单独光掩模图案化的波导区段可以通过使用光刻系统曝光对应的光掩模来制造，不同的单独光掩模图案化的波导区段可以通过相同光掩模或不同光掩模的不同曝光来制造。
第一金属触头可以以受控塌陷芯片连接电耦合到第一晶粒。
该装置可以包括第一晶粒。
该装置可以包括第一和第二晶粒。
在一些示例中，第一调制器可以被配置为调制光学信号的幅度。
在一些示例中，第一调制器可以被配置为调制光学信号的相位或偏振。
图案化的波导层可以包括：第一单独光掩模图案化的波导区段，其包括将引导模式耦合到第一波导区段的边缘的第一波导的第一部分；以及第二单独光掩模图案化的波导区段，其包括将引导模式耦合到第二波导区段的边缘的第一波导的第二部分。
该装置可以包括第二金属接触层，其包括第二金属触头，其中第一金属触头部署在基板的第一侧，并且第二金属触头部署在基板的第二侧。
互连模块可以包括光电中介层，其中基板、第一金属接触层、图案化的波导层、第一调制器和第二调制器是光电中介层的部分。
第一基板可以包括半导体基板。
互连模块可以包括电耦合到第一晶粒或第二晶粒中的至少一个的滤波电容器或解耦电容器。
一般而言，在另一方面，一种方法包括：在沿着形成在第一基板上的第一波导的第一位置处，基于在电耦合到包括电路的第一晶粒的第一金属触头处接收的第一电信号来调制第一波导中的光学信号；在沿着第一波导的第二位置处，基于在电耦合到第一晶粒或包括电路的第二晶粒的第二金属触头处接收的第二电信号来调制第一波导中的光学信号；以及将经调制的光学信号从部署在第一基板上的第一单独光掩模图案化的波导区段传输到部署在第一基板上的第二单独光掩模图案化的波导区段，其中通过使用光刻系统对第一光掩模进行第一曝光来制造第一单独光掩模图案化的波导区段，通过使用光刻系统对第二光掩模进行第二曝光来制造第二单独光掩模图案化的波导区段，第一曝光与第二曝光不同，并且第一光掩模与第二光掩模相同或不同。
各方面可以包括以下特征中的一个或多个。第一金属触头可以位于与第一单独光掩模图案化的波导区段对应的第一区域，并且第二金属触头可以位于与第二单独光掩模图案化的波导区段对应的第二区域。
该方法可以包括在中间位置下游的目的地位置处检测经调制的光学信号，在该中间位置处光学信号被调制以生成检测到的信号；以及使用指示在其处调制信号的中间位置的数量的预定幅度尺度来映射检测到的信号的检测到的幅度。
可以通过使用光刻系统进行第一光掩模的第一曝光来制造第一单独光掩模图案化的波导区段，可以通过使用光刻系统进行第二光掩模的第二曝光来制造第二单独光掩模图案化的波导区段，第一曝光可以与第二曝光不同，并且第一光掩模可以与第二光掩模相同或不同。
第一金属触头可以以受控塌陷芯片连接电耦合到第一晶粒。
第一晶粒可以包括半导体晶粒。
第一基板可以包括半导体基板。
第二金属触头可以电耦合到第二晶粒，并且该方法可以包括沿着跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界的第一波导传输经调制的光学信号。
沿着第一波导的第一位置和第二位置可以位于相同的单独光掩模图案化的波导区段上。
沿着第一波导的第一位置和第二位置可以位于不同的单独光掩模图案化的波导区段上。
该方法可以包括使用部署在第一基板上的滤波电容器对第一晶粒或第二晶粒上的信号进行滤波，其中第一晶粒或第二晶粒包括与第一基板不同的第二基板。
该方法可以包括使用部署在第一基板上的解耦电容器将第一电路部分与第二电路部分解耦，其中第一电路部分在第一或第二晶粒上，并且第二电路部分在第一或第二晶粒上。
一般而言，在另一方面，一种装置包括中介层。该中介层包括：中介层基板；以及形成在中介层基板上的第一金属接触层，其中第一金属接触层包括第一金属触头、第二金属触头和第三金属触头，第一金属触头被配置为电耦合到包括电路的第一晶粒，第二金属触头被配置为电耦合到第一晶粒或包括电路的第二晶粒，第一晶粒包括与中介层基板不同的第一基板，第二晶粒包括与中介层基板不同的第二基板。中介层包括形成在中介层基板上的图案化的波导层，其中图案化的波导层包括第一波导。中介层包括：第一调制器，在沿着第一波导的第一位置处耦合到第一波导并且被配置为基于在第一金属触头处接收的第一电信号来调制在第一波导中行进的光学信号以生成第一经调制的光学信号；以及第二调制器，在沿着第一波导的第二位置处耦合到第一波导并且被配置为基于在第二金属触头处接收的第二电信号来调制第一波导中的第一经调制的光波以生成第二经调制光学信号。中介层包括：检测器，被配置为检测第二经调制的光学信号以生成检测到的信号；以及检测电路，被配置为使用指示通过其以预定方式调制信号的调制器的数量的预定尺度将检测到的信号的检测到的特性映射到输出信号，其中输出信号电耦合到第三触头，并且第三触头电耦合到第一晶粒、第二晶粒或第三晶粒中的至少一个。
各方面可以包括以下特征中的一个或多个。第一金属触头可以以受控塌陷芯片连接电耦合到第一晶粒。
第二金属触头可以以受控塌陷芯片连接电耦合到第二晶粒。
第三金属触头可以以受控塌陷芯片连接电耦合到第三晶粒。
第一金属接触层可以包括第一金属接触区段和第二金属接触区段，第一金属接触区段可以包括被布置用于电耦合到第一晶粒的多个金属触头，并且第二金属接触区段可以包括被布置用于电耦合到第二晶粒的多个金属触头。
第一金属接触区段中的多个金属触头可以以受控塌陷芯片连接电耦合到第一晶粒。
第二金属接触区段中的多个金属触头可以以受控塌陷芯片连接电耦合到第二晶粒。
该装置可以包括形成在中介层基板上的第一图案化的金属层，该第一图案化的金属层可以包括多个单独光掩模图案化的金属路径区段。
图案化的波导层可以包括多个单独光掩模图案化的波导区段，并且第一波导可以跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界。
第一金属触头可以位于与第一单独光掩模图案化的波导区段对应的第一区域；并且第二金属触头可以位于与第二单独光掩模图案化的波导区段对应的第二区域，该第二单独光掩模图案化的波导区段与第一单独光掩模图案化的波导区段不同。
一般而言，在另一方面，一种装置包括：中介层，被配置为基于第一电信号和第二电信号对第一光学波导中的光学信号执行分布式脉冲-幅度调制，其中从电耦合到中介层的第一晶粒接收第一电信号，并且从第一晶粒或电耦合到中介层的第二晶粒接收第二电信号。
各方面可以包括以下特征中的一个或多个。中介层可以包括中介层基板，第一晶粒可以包括与中介层基板不同的第一基板。
第二晶粒可以包括与中介层基板不同的第二基板。
第一晶粒可以使用受控塌陷芯片连接电耦合到中介层。
第二晶粒可以使用受控塌陷芯片连接电耦合到中介层。
中介层可以包括：中介层基板；以及形成在中介层基板上的第一金属接触层，其中第一金属接触层包括第一金属触头、第二金属触头和第三金属触头，第一金属触头被配置为电耦合到第一晶粒，第二金属触头被配置为电耦合到第一晶粒或第二晶粒。
中介层可以包括第一光学波导、第一调制器和第二调制器。第一调制器可以被配置为基于在第一金属触头处接收的第一电信号来调制第一光学波导中的光学信号。第二调制器可以被配置为基于在第二金属触头处接收的第二电信号来调制第一光学波导中的光学信号。
该装置可以包括：检测器，被配置为在光学信号传输经过第一和第二调制器之后检测光学信号以生成检测到的信号；以及检测电路，被配置为使用指示通过其调制信号的调制器的数量的预定幅度尺度将检测到的信号的检测到的幅度映射到输出信号。
输出信号可以电耦合到第三触头，该第三触头电耦合到第一晶粒、第二晶粒或第三晶粒中的至少一个。
一般而言，在另一方面，提供了一种用于从多个节点向至少一个目的地传输信息的方法。该方法包括：将具有预定初步幅度的信号从源传输到传输介质上；通过来自两个可能的调制值的二进制集合中的选择的调制值，在源和目的地之间的多个中间位置的每个中间位置处调制信号的幅度，其中对于每个中间位置，二进制集合由调制值1和大于0且小于1的预定幅度缩放因子S组成。该方法包括：在信号传输经过所有中间位置之后检测目的地处的信号；以及使用指示在其处通过预定幅度缩放因子调制信号的中间位置的数量的预定幅度尺度来映射检测到的信号的检测到的幅度。
各方面可以包括以下特征中的一个或多个。预定幅度尺度可以包括基本上等于预定初步幅度的最大检测到的幅度，以及基本上等于SN的最小检测到的幅度，其中N是中间位置的数量。
对于每个中间位置，预定幅度缩放因子S可以不同。
对于每个中间位置，预定幅度缩放因子S可以相等。
预定幅度缩放因子S可以基本上等于(k-1)/k，其中k是中间位置的数量。
从源传输的信号可以在包括第一时隙的多个时隙中的每个时隙内具有预定初步幅度。
在多个中间位置中的每个中间位置处的信号幅度的调制可以在基于每个中间位置与源之间的传播距离的传播延迟之后的第一时隙内发生。
该方法还可以包括在多个节点、源和目的地之间维持时间同步。
传输介质可以包括光学波导。
光学波导可以形成在集成电路中介层中，该集成电路中介层包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到至少一个半导体晶粒的金属触头。
可以基于来自半导体晶粒的电信号来提供在所述中间位置中的一个或多个处的选择的调制值。
一般而言，在另一方面，提供了一种用于从多个节点向至少一个目的地传输信息的系统。该系统包括：传输介质；源，被配置为将具有预定初步幅度的信号传输到传输介质上；以及在源和目的地之间的相应中间位置处耦合到传输介质的多个幅度调制器，每个幅度调制器被配置为通过来自两个可能的调制值的二进制集合中的选择的调制值来调制信号的幅度。对于每个幅度调制器，二进制集合由调制值1和大于0且小于1的预定幅度缩放因子S组成。该系统包括：在目的地处的检测器，被配置为在信号传输经过所有中间位置之后检测信号；以及电路，被配置为使用指示在其处通过共用幅度缩放因子调制信号的中间位置的数量的预定幅度尺度来映射检测到的信号的检测到的幅度。
一般而言，在另一方面，一种方法包括：将具有预定初步光学特性的信号从源传输到传输介质上；通过选择的调制值在源和目的地之间的多个中间位置中的每个中间位置处调制信号的光学特性；在信号传输经过中间位置之后，检测目的地处的信号；以及使用指示在其处调制信号的中间位置的数量的预定尺度来映射检测到的信号的检测到的光学特性。
各方面可以包括以下特征中的一个或多个。光学特性可以包括幅度。
调制光学特性可以包括通过从两个可能的调制值的二进制集合中选择的调制值来调制多个中间位置中的每个中间位置处的信号的幅度。对于每个中间位置，二进制集合由调制值1和大于0且小于1的预定幅度缩放因子S组成。
映射检测到的信号的检测到的光学特性可以包括使用指示在其处通过预定幅度缩放因子调制信号的中间位置的数量的预定幅度尺度来映射检测到的信号的检测到的幅度。
预定幅度尺度可以包括基本上等于预定初步幅度的最大检测到的幅度和基本上等于SN的最小检测到的幅度，其中N是中间位置的数量。
对于每个中间位置，预定幅度缩放因子S可以不同。
对于每个中间位置，预定幅度缩放因子S可以相等。
预定幅度缩放因子S可以基本上等于(k-1)/k，并且k是中间位置的数量。
从源传输的信号可以在包括第一时隙的多个时隙中的每个时隙内具有预定初步幅度。
在多个中间位置中的每个中间位置处的信号幅度的调制可以在基于每个中间位置与源之间的传播距离的传播延迟之后的第一时隙内发生。
该方法还可以包括在多个节点、源和目的地之间维持时间同步。
传输介质可以包括光学波导。
光学波导可以形成在集成电路中介层中，该集成电路中介层包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到至少一个半导体晶粒的金属触头。
可以基于来自半导体晶粒的电信号来提供在中间位置中的一个或多个处的选择的调制值。
调制光学特性可以包括通过从两个可能的调制值的二进制集合中选择的调制值来调制在多个中间位置中的每个中间位置处的信号的幅度。对于每个中间位置，二进制集合由调制值1和大于1的预定幅度缩放因子S组成。
光学特性可以包括相位或偏振。
一般而言，在另一方面，一种方法包括：将具有预定初步第一光学特性和预定初步第二光学特性的信号从源传输到传输介质上；通过选择的调制值在源和目的地之间的多个中间位置中的每个中间位置处调制信号的第一或第二光学特性；在信号传输经过中间位置之后，检测目的地处的信号；并且使用指示在其处调制信号的中间位置的数量的预定尺度来映射检测到的信号的检测到的第一和第二光学特性。
各方面可以包括以下特征中的一个或多个。第一光学特性可以包括幅度并且第二光学特性可以包括相位。
第一光学特性可以包括幅度并且第二光学特性可以包括偏振。
第一光学特性可以包括相位并且第二光学特性可以包括偏振。
信号可以具有预定初步第三光学特性，该方法可以包括通过选择的调制值在源和目的地之间的多个中间位置中的每个中间位置处调制信号的第一、第二或第三光学特性；以及使用指示在其处调制信号的中间位置的数量的预定尺度来映射检测到的信号的检测到的第一、第二和第三光学特性。
第一光学特性可以包括幅度，第二光学特性可以包括相位，并且第三光学特性可以包括偏振。
一般而言，在另一方面，一种系统包括：传输介质；源，被配置为将具有预定初步光学特性的信号传输到传输介质上；在源和目的地之间的相应中间位置处耦合到传输介质的多个光学特性调制器；在目的地处的检测器，被配置为在信号传输经过中间位置之后检测信号；以及电路，被配置为使用指示在其处调制信号的中间位置的数量的预定尺度来映射检测到的信号的检测到的光学特性。
各方面可以包括以下特征中的一个或多个。每个光学特性调制器可以包括幅度调制器，该幅度调制器被配置为通过来自两个可能的调制值的二进制集合中的选择的调制值来调制信号的幅度。
对于每个幅度调制器，二进制集合可以由调制值1和大于0且小于1的预定幅度缩放因子S组成。
对于每个幅度调制器，二进制集合可以由调制值1和大于1的预定幅度缩放因子S组成。
每个光学特性调制器可以包括相位或偏振调制器，其被配置为通过来自两个可能的调制值的二进制集合中的选择的调制值来调制信号的相位或偏振。
各方面可以具有以下优点中的一个或多个。
数据可以被调制到各种类型的信号中的任何一种上。与其它类型的信号相比，某些类型的信号的传输或处理具有某些优点。不同类型的信号的示例包括：与已经被信号数据调制的光波对应的光学信号，以及与已经被信号数据调制的电波形对应的电信号(例如，电压或电流)。根据预定星座图，可以使用各种调制，诸如幅度调制、相位调制或幅度和相位调制的组合。与用作电信号的底层信号载体的电波形相比，用作光学信号的底层信号载体的光波具有某些优点。例如，光波通常具有比电波形更高的带宽容量。通常还存在与在给定距离上为光学信号传输数据相关联的更低功率需求和更短时间延迟(或“时延”)。
光学信号可以被用于在系统或设备中的不同电子节点(例如，数据中心内的计算节点或设备封装内的集成电路)之间传送数据。但是，与使用这种光学通信链路相关联的复杂性通常存在开销，包括光学信号和用作电子模块的输入和/或输出的电信号之间的转换。还添加了与用于信号转换的定时同步相关联的时延。
本文描述的光电计算平台的实施方式中的一些能够降低将通过光学信号的通信结合到平台中所需的复杂性。如下面更详细描述的，通过使用大型(例如，晶圆级)光电中介层，可以以高效的方式组合集成电路的集合。如下面更详细描述的，用于分布式脉冲-幅度调制(pulse-amplitude modulation，PAM)聚合的技术也可以在此类光电计算平台或其它平台或计算系统中使用，以便以高效的方式组合通信和计算。
本说明书中描述的主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求书，本发明的其它特征、方面和优点将变得显而易见。
除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。在与通过引用并入本文的专利申请或专利申请公开冲突的情况下，以包括定义的本说明书为准。
附图说明
当结合附图阅读时，根据以下详细描述可以最好地理解本公开。要强调的是，根据惯例，附图的各个特征未按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意地扩大或缩小。
图1是光电计算平台的示例的示意图。
图2A是由光电中介层IC提供的数据通道的示例的示意图。
图2B是包括无源电子组件的示例光电中介层IC的示意图。
图3是光电中介层IC的示例的示意图。
图4A和4B是分布式求和计算中部分结果的移动的示例的示意图。
图5A、5B和5C是分布式计算体系架构中的数据流的示例的示意图。
图6是分布式PAM聚合技术的示例的示意图。
图7是用于将模拟总和结果映射到数字总和结果的示例数字逻辑的电路图。
图8是被求和以产生模拟幅度的位的示例的表。
图9是最小步长随调制深度变化的曲线图的集合。
图10是示例系统配置的示意图。
图11A和11B是示例系统布局的示意图。
各个附图中的类似附图标记和标号指示相似的元件。
具体实施方式
图1示出了光电计算平台100的示例。平台100包括计算节点的阵列，每个计算节点耦合到光电中介层集成电路(optoelectronic interposer integrated circuit，OIIC)。除了在一个或多个金属层内提供节点之间的电信号连接的金属路径之外，如在典型的电子中介层IC中那样，这个示例中的OIIC还包括在节点之间提供光学信号连接的光学波导。已经克服了制造挑战，以使OIIC能够在大型基板(例如，整个半导体晶圆，诸如绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)晶圆)上制造，以支持相对大量的计算节点和相对长的波导在OIIC的至少一个光子层中。每个计算节点都在半导体晶粒上实现，该半导体晶粒使用OIIC的表面上的金属触头的布置上使用导电凸块(例如，焊料凸块)以受控塌陷芯片连接(或“倒装芯片”连接)连接到OIIC。在计算节点的阵列的左和右边缘附近，还有也连接到OIIC的输入/输出(I/O)模块，这些模块使信号能够耦合到计算平台100中和从计算平台100耦合出去。I/O模块能够将计算平台100耦合到各种设备，包括动态随机存取存储器(DRAM)芯片或其它类型的存储器设备。为了支持到此类设备的接口，I/O模块可以包括根据各种设备协议(包括DDR SDRAM、PCI(e)、USB、以太网等)中的任何一种配置的电路。在这个示例中，十二个计算节点的3×4阵列的每个计算节点包括主计算单元(例如，CPU或GPU)和多路复用器(MUX)，并且每个I/O模块包括I/O电路和MUX。当MUX耦合到OIIC或从OIIC耦合出来时，它们使得能够选择和路由电信号。在OIIC的另一侧是封装基板，例如，该封装基板能够提供用于信号和/或电源的电连接。在这个示例中还示出，在阵列的顶部边缘附近是一排接口端口，提供了将信号直接耦合到OIIC或从OIIC耦合出来的另一种方法。本文描述的OIIC的各种特征使得能够在晶圆级光电计算平台100上进行多种不同功能芯片的功率高效集成。
图2A示出了由OIIC提供的数据通道的示例。对于彼此相对靠近的计算节点，OIIC内的金属路径使电信号能够在节点之间直接传播。例如，用于连接多芯片平台中的不同芯片(或“小芯片(chiplet)”)的高级接口总线(advanced interface bus，AIB)技术可以被用于支持金属路径上的电数据通道。在一些实施方式中，金属路径的图案由对应光掩模的图案定义，其中使用光刻系统将光掩模上的图案转移到光电中介层集成电路的基板上。附近节点之间的短距离由小于最长的直的金属路径的长度的距离定义，该距离可以使用用于对金属路径的单个区段进行图案化的单个光掩模(或“掩模版”)产生。对于彼此相对远的计算节点，或对于距I/O模块相对远的计算节点，OIIC内的光学波导使得从节点的电信号转换/转换成节点的电信号的光学信号能够在节点之间传播。在一些实施方式中，长距离由大于单独光掩模图案化的区段的最长尺寸的距离定义。这种长光学路径提供了低时延和功耗高效的光学数据通道，这避免了大型(例如，晶圆级)平台中对长导线的需求，该需求将带来难以克服的制造和性能方面的挑战。平台100根据源和目的地之间的传播距离来选择适当类型的数据通道(即，电的或光学的)。相邻计算节点可以利用由OIIC提供的短的电信号路径。同时，如这个示例中所示，阵列中任何位置的计算节点(在计算晶粒上)可以与I/O模块(在I/O晶粒上)及其连接的设备(例如，DRAM或PCI(e)设备)具有直接光学连接，具有与相邻计算节点之间的短的电连接类似的大带宽和低时延。这打破了大型多芯片平台中中心晶粒否则可能遇到的访问限制。
在一些实施方式中，电信号和用于光学通道的光学信号之间的转换发生在OIIC的光子层内的双向收发器处。例如，对于电-光转换，双向收发器可以包括光学调制器(例如，马赫曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪)，该光学调制器接收电信号(例如，电压信号)以用于控制由光源提供的光波的幅度调制，以生成经调制的光波。光源可以是例如集成到平台100中的激光器，或者是边缘耦合器或表面光栅耦合器的端口，该端口例如从耦合到外部激光器的光纤接收光波。对于光-电转换，双向收发器可以包括将光波的光功率转换成生成的电流信号的光电检测器。然后可以将该电流信号转换成计算节点内的电压信号(例如，使用跨阻放大器)。例如，电信号能够通过硅通孔(through-silicon via，TSV)传输到OIIC的表面的金属触头或从OIIC的表面的金属触头进行传输。
图2B示出了可以包括在OIIC中的其它种类的组件的示例。在这个示例中，连同金属互连(例如，一些用于携带信号并且一些金属互连用于携带功率)以及光学波导互连，还存在包括金属电容器和平面电感器的区域。例如，无源电子组件(诸如电容器和电感器)对于更好地利用耦合到OIIC的每个计算晶粒内的有限区域可以是有用的。例如，电容器可以被用于电子电路中的功率解耦，其中功率解耦电容器相对靠近电子电路是有用的。可以根据需要使用金属TSV(未示出)从连接到计算晶粒的金属触头之一对这些电容器进行充电和放电。这些无源组件可以占用相对大量的空间，并且OIIC中可用的空间可以比计算晶粒中的可用空间更多。由于可以将(一个或多个)无源组件放置在包括使用(一个或多个)无源组件的电路的计算晶粒的正下方，因此用于进行电连接的金属导电路径的距离相对短。
图3示出了OIIC的层内的路径的布置300的示例。因为布置的尺寸大于在半导体制造过程中由单个掩模版产生的典型图案，因此布置300可以使用利用一个或多个光掩模形成的多个单独光掩模图案化的区段来制造。在一些实施方式中，在整个半导体晶圆的大部分上形成晶圆级OIIC。金属路径302的网格在OIIC的层内提供配电网格。配电网格可以例如在布置300的边缘处和/或通过分布在布置300上的TSV连接到一个或多个电源。以规则的间隔，每组金属触头304以受控塌陷芯片连接为个体计算晶粒提供密集的连接阵列。用于不同计算晶粒的触头的相应边缘行的阵列之间的短金属路径306被用于电通道(例如，AIB通道)。虽然由于图案未对准而可能难以制造用于穿过跨多个单独光掩模图案化的区段之间的边界的数据的金属路径306，但是由于金属路径的厚度宽得多，因此可以制造用于功率的金属路径302以跨越那些边界。在一些实施方式中，金属路径302和金属路径306可以被制造在不同的金属层中，或者被制造在单个金属层中。
在与(一个或多个)金属层分离的至少一个光子层中，跨多个单独光掩模图案化的区段之间的边界的长波导308被用于光学通道。可以使用技术来减少在其他情况下可能与相邻光掩模图案化的区段之间的任何未对准相关联的损耗，诸如通过使波导宽度在跨越处附近逐渐变大来减少损耗(最大约为10微米，损耗仅约为0.004dB)，如在Seok等人的文章“Wafer-scale silicon photonic switches beyond die size limit”中描述的，该文章通过引用并入本文。发送器和接收器设备，或同时包括发送器设备和接收器设备的收发器设备，以规则的间隔放置，以使光学信号能够从不同的计算晶粒处发送和接收。在一些实施方式中，存在多个光子层，具有在一个层中沿着一个方向的波导以及在另一层中沿着垂直方向的波导。可替代地，在一些实施例中，在两个波导之间的相交处可以存在光子设备，诸如定向开关。开关可以由通过计算节点提供的电信号控制，或者从计算节点外部的控制器提供的电信号控制。
如本文所述，OIIC的一些实施方式可以提供多种优点。一个潜在的优点是由于可以在OIIC的(一个或多个)光子层中制造的光学波导的密度，从而可以支持大量的光学通道。所实现的密度可能受到在制造平行波导的集合中可达到的间距的限制，但可以在数百或甚至数千波导的数量级上。这产生的光学信号路径的数量可能会比利用光纤阵列所提供的数量大得多，而光纤阵列可以被限制到小得多的数量(例如，大约16或32)。OIIC的尺寸也有优势。对制造良品率可能更敏感的计算节点保持小(单个光掩模图案化的晶粒小芯片的尺寸)。具有更好的制造良品率的OIIC可以更大(例如，30cm×30cm完整晶圆的大部分)。因此，OIIC足够大，以容纳大量的小芯片计算节点，但也足够小，比使用外部光子耦合器、调制器和开关的平台要紧凑得多。光子设备所需的平台内插槽也可以更少，从而为小芯片计算节点留出更多可用空间。通过结合各种类型的计算节点中的任何一种，只要晶粒尺寸和触头/凸块的布置相同，使用OIIC的光电计算平台就也可以非常灵活。这种平台的应用可以被用于多种应用，诸如神经形态计算或高性能计算，或可以受益于密集且灵活的光学网络基板的定制应用，以减少功率需求、管理散热、增加信号带宽和/或减少通信时延。
除了支持不同计算节点之间或计算节点与I/O模块之间的通信之外，由OIIC提供的光学通道还可以被用于可以使用OIIC内的元件执行的高效形式的分布式计算。作为这种分布式计算的示例的是分布式脉冲-幅度调制(PAM)聚合技术，该技术可以与通过光学传输介质(诸如OIIC中的光学波导)传输的光学信号一起使用，或者与通过其它适当传输介质传输的多种其它类型的信号一起使用。作为分布式PAM聚合技术的示例，将考虑一种系统，该系统包括生成部分结果(例如，不同的被加数(summand)或不同的部分总和)的多个节点，需要将这些部分结果相加在一起以在系统中的特定目的地处产生聚合的总和。
图4A示出了部分结果在分布式求和计算中的示例移动。每个框表示系统中的不同计算节点，并且箭头表示系统中部分结果的移动的方向。所执行的示例计算是两个向量的以下点积，这可以是更大计算(诸如向量和矩阵的相乘或两个矩阵的相乘)的一部分。
x·w＝x1w1+x2w2+x3w3+x4w4
例如，向量x可以是输入向量，并且向量w可以是权重值的矩阵的一行元素。顶行中表示的计算节点的初始集合中的每一个计算节点计算点积中向量的各个元素的不同积。来自这些计算的部分结果然后移动到中间行中表示的其它计算节点，其它计算节点中的每个节点计算那些部分结果的总和。然后，来自这些计算的部分结果移动到底部所示的另一个计算节点，该另一个计算节点计算最终总和以产生总结果，然后可能需要将该总结果移到系统的不同部分。这仅仅是一种示例布置，其中累积路径在物理实现中将结果汇入(sink)中心。一般而言，非收缩体系架构可能要求总线具有无法高效缩放的长度。
图4B示出了替代示例，其中使用传输介质(例如，光学波导)执行最终结果阶段的求和。当信号沿着波导向下传播时，信号内不同脉冲的幅度被调制，使得最终结果以最终幅度表示。这个示例利用计算的汇入对称性，并利用下面更详细描述的分布式PAM聚合技术，通过使用多个二进制调制操作执行加法以生成多级PAM调制结果来快速提供结果(例如，接近光速)。
图5A、5B和5C示出了具有多个乘法模块的分布式向量矩阵乘法(vector matrixmultiplication，VMM)系统中的数据流的示例。在图5A中，向量x的元素被分布以与在VMM计算中使用的矩阵的不同权重值相乘。在图5B中，在将向量元素值与相应的权重值相乘之后，加法器树向内朝着乘法模块的中心工作以生成多个不同的部分总和结果。在图5C中，对于输出向量的每个元素，将每一行内的部分总和相加在一起，以通过对于每一行在对应传输介质(例如，对应的光学波导)上进行的分布式PAM聚合来累积总和。通过同步地驱动光学通道(例如，在OIIC内)，可以同时累积结果并将其传输到光电计算平台内的适当目的地计算节点。
参考图6描述分布式PAM聚合技术的简化示例。在这个示例中，存在两个节点，每个节点具有1位(1-bit)值，并且将那些值与沿着传输介质传输到目的地D的求和结果相加。节点N0有位b0，并且节点N1有位b1。图6中的表示出了1位值的值与结果位和进位(carry)位的对应值的不同可能组合，它们一起表示两个1位值的总和。还存在幅度值，该幅度值与已从源传输到传输线上并经过节点N0和N1中的每个节点处的相应调制器的经调制的信号的幅度对应。信号以预定初步幅度开始，在这个示例中，该预定初步幅度被表示为幅度1。当信号经过每个节点时，如果1位值为“0”，那么该节点让信号通过而不改变信号的幅度(与调制值1对应)，或者如果1位值为“1”，那么该节点通过预定幅度缩放因子(或“调制深度”)m来调制信号，其中0<m<1。因此，使用分布式乘法运算执行分布式求和运算。
在这个示例中，预定调制深度是0.5。忽略任何可能与通过每个节点的调制器进行的传输相关联的微小传播损耗，如果两个节点的1位值都为0，那么目的地D处的信号的幅度仍将为1。如果任一节点的1位值为1，而另一个节点的1位值为0，那么目的地D处的信号的幅度将为0.5。如果两个节点的1位值都为1，那么目的地D处的信号的幅度将为0.25。在其它示例中，预定调制深度可以不同，但是如果预定调制深度在每个节点处相同，那么幅度值将表示具有值“1”的节点数的计数。可以将这种技术缩放到沿着传输介质的相应中间位置处的任意数量的节点。在顺序时隙中还可以传输任何数量的1位值，以添加多位值。
图7示出了数字逻辑电路的示例，对于图6的示例，该数字逻辑电路可以被用于将检测到的模拟幅度总和结果映射到数字总和结果。在输入端处，可以提供模拟幅度总和结果，例如，作为跨阻放大器的电压，该跨阻放大器由检测用作传输介质的光学波导中的光波的光电检测器的光电流驱动。仅需要两个比较器来区分三个不同的可能幅度值。然后，电路使用XOR门和AND门以及同步数字电路元件来提供结果和每个新帧的指示。用于每一位的定时与光波的各个时隙的定时对应。
图8示出了用于聚合来自沿着传输介质的中间位置处的三个节点的1位值的表。与前面的示例中一样，由于目的地处仅需要总和，因此1位值的不同可能组合可以导致相同的接收到的信号幅度这一事实无关紧要。在这个示例中，只有四个不同的可能幅度值，因此在这种情况下所需的比较的次数是三次而不是两次。一般而言，所需的比较的次数将随节点的数量而缩放。也将有附加结果和/或附加节点需要的进位位。该图示出了幅度值，其中每个节点使用的预定调制深度为0.5，如前面的示例中一样，但还示出了优化幅度值，其中每个节点使用的预定调制值为0.66(四舍五入到小数点后两位)。使用基于0.5调制深度的幅度，两个最小值0.125和0.25之间的步长为0.125。相比之下，在基于0.66调制深度的优化幅度下，两个最小值0.29和0.44之间的较大步长为0.15。
以下是用于确定预定调制深度m的最优值的计算的示例，其中k是相加在一起的被加数的数量(以及沿着传输介质的中间位置的调制器的数量)。彼此最接近的、以及因此对于给定的信噪比而言最难解析的不同幅度之间的步长(也称为最小步长)是应用预定调制深度的所有k个调制器与应用预定调制深度的k-1个调制器之间的步长。因此，如下所述，通过最大化该最小步长来确定最优调制深度。
stepk-1,k＝mk-1-mk＝mk-1(1-m)
因此，优化技术的特征是，随着添加更多节点，最优调制深度增长，这使得调制更加功率高效。
图9示出了对于给定的k值，最小步长的值随每个调制器的调制深度而变的不同曲线图的示例。对于k的每个值，在最小步长的最大值处出现最优预定调制深度。通过最大化需要在彼此最接近的两个幅度值之间解析的最小步长，对噪声的敏感度更低，这通过降低针对给定信噪比的错误率而优化性能。
以下是计算的示例，其示出了随着k的增长，由k-1个节点施加的最优调制深度(相对快地)接近1/e。
图10示出了用于在使用8位乘法执行4×4矩阵乘法的系统中使用分布式PAM聚合的示例配置。输入向量中的数据元素和权重矩阵中的系数被电相乘。存在空间分布的部分总和，这些部分总和被相加以产生17位中间结果。使用调制器(诸如高速欠驱动二进制分段载波注入调制器(segmented carrier injection modulator，SCIM))将每个部分总和的位聚合到光学传输介质上，以提供被解串行化(deserialize)为18位总和的光学强度的序列。载波注入吸收幅度调制器在一些实施方式中例如由于热稳定性而是有用的，这有助于在多个调制器处再现预定调制深度。在一些实施方式中，没有单个SCIM以全尺度(full-scale)被驱动(因此，术语“欠驱动”)，从而使调制器驱动器的功率/面积得以显著降低。可以使用多种替代配置。例如，可以使用不同类型的调制器，包括Mach-Zehnder干涉仪或环形调制器。一些配置可以使用多个光学波长，从而使得能够使用较低的串行器-解串器(serializer-deserializer，SERDES)频率。
图11A和11B示出了使用分布式PAM聚合技术来分布和聚合部分结果的系统的不同示例布局。在图11A中，沿着波导的四个分支中的每一个分支有两个数据调制器，在波导的端部处具有光电二极管。在特定位置布置驱动器(TX)，以在沿着波导的中间位置处提供部分总和结果。在图11B中，在波导的端部有附加的光电二极管，这些光电二极管与四个波导分开，从而为每个分支提供了多个目的地(例如，以本地保存聚合的结果)。因此，在其处提供结果的目的地不一定在波导的端部。
各种其它系统可以使用分布式PAM聚合技术来执行沿着传输介质在不同时隙内的二进制值的求和。例如，除了使用中介层提供光学波导作为传输介质的晶圆级系统之外，系统还可以使用光纤作为传输介质来连接数据中心中的不同节点(例如，服务器机架)。而且，一些系统可以使用电调制器来聚合在沿着电传输线传输的电信号上编码的二进制值。
本说明书中描述的系统和操作可以在数字电子电路中或者在计算机软件、固件或硬件中实现，包括本说明书中公开的结构及其结构等同物，或在它们中的一个或多个的组合中实现。可以使用编码在计算机可读介质上的由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作的计算机程序指令的一个或多个模块来实现本说明书中描述的主题的实施例。计算机可读介质可以是制造的产品，诸如计算机系统中的硬盘驱动器或通过零售渠道出售的光盘，或嵌入式系统。计算机可读介质可被单独地获取，并随后用计算机程序指令的一个或多个模块进行编码，例如通过在有线或无线网络上传递计算机程序指令的一个或多个模块。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、存储器设备或它们中的一个或多个的组合。
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言(包括编译或解释语言、声明性或过程语言)编写，并且可以部署为任何形式，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适于在计算环境中使用的其它单元。计算机程序不一定与文件系统中的文件对应。程序可以存储在保持其它程序或数据的文件的一部分(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)中、专用于所讨论程序的单个文件中或多个协调的文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。可以将计算机程序部署为在一个计算机上执行，或者在位于一个站点上或分布在多个站点上并通过通信网络互连的多个计算机上执行。
本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能的一个或多个可编程处理器来执行。过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路执行，并且装置也可以被实现为专用逻辑电路，专用逻辑电路例如是FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。
本说明书中描述的一些系统可以为2019年6月4日提交的美国申请16/431,167中公开的系统提供光电平台和/或分布式PAM聚合功能，该申请通过引用并入本文。
虽然已经结合某些实施例描述了本公开，但是应该理解的是，本公开不限于所公开的实施例，相反，其旨在覆盖包括在所附权利要求书的范围内的各种修改和等同布置，该范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖法律允许的所有此类修改和等同结构。
Claims (96)
1.一种集成电路中介层，包括：
半导体基板层；
第一金属接触层，所述第一金属接触层在所述集成电路中介层的第一表面处，包括多个金属接触区段，所述金属接触区段包括
第一金属接触区段，包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到第一半导体晶粒的多个金属触头，以及
第二金属接触区段，包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到第二半导体晶粒的多个金属触头；
第一图案化层，所述第一图案化层在与所述半导体基板层相距第一距离处，包括多个单独光掩模图案化的金属路径区段；以及
第二图案化层，所述第二图案化层在与所述半导体基板层相距与所述第一距离不同的第二距离处，包括多个单独光掩模图案化的波导区段，所述第二图案化层包括
第一波导，其跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界，
第一调制器，在沿着所述第一波导的第一位置处耦合到所述第一波导，用于基于在所述第一金属接触区段中的第一金属触头处接收的电信号来调制所述第一波导中的光波，以及
第二调制器，在沿着所述第一波导的第二位置处耦合到所述第一波导，用于基于在所述第一金属接触区段或所述第二金属接触区段中的第二金属触头处接收的电信号来调制所述第一波导中的所述光波。
2.如权利要求1所述的集成电路中介层，其中所述波导区段包括
第一波导区段，包括将引导模式耦合到所述第一波导区段的边缘的所述第一波导的第一部分，以及
第二波导区段，包括将引导模式耦合到所述第二波导区段的边缘的所述第一波导的第二部分。
3.如权利要求1所述的集成电路中介层，其中所述金属路径区段包括第一金属路径区段，所述第一金属路径区段与所述第一金属接触区段的至少一部分和所述第二金属接触区段的至少一部分重叠，并在所述第一金属接触区段的至少一个金属触头和所述第二金属接触区段的至少一个金属触头之间提供至少一条金属路径。
4.如权利要求3所述的集成电路中介层，其中所述金属路径区段包括第二金属路径区段，所述第二金属路径区段与所述第一金属接触区段的至少一部分重叠并且不与所述第二金属接触区段的任何部分重叠，并且提供连接到所述第一金属接触区段的至少一个金属触头的至少一条金属路径。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的集成电路中介层，还包括第二金属接触层，所述第二金属接触层在集成电路中介层的第二表面处，包括多个金属接触区段。
6.如权利要求1至4中的任一项所述的集成电路中介层，还包括电耦合到所述第一半导体晶粒或所述第二半导体晶粒中的至少一个的至少一个电容器或电感器。
7.如权利要求1至4中的任一项所述的集成电路中介层，其中所述第一调制器和所述第二调制器是幅度调制器，其被配置为以相同的预定幅度缩放因子来调制所述第一波导中的所述光波。
8.一种制造集成电路中介层的方法，包括：
在半导体晶圆上形成第一金属接触层，所述第一金属接触层在所述集成电路中介层的第一表面处，包括多个金属接触区段，所述金属接触区段包括
第一金属接触区段，包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到第一半导体晶粒的多个金属触头，以及
第二金属接触区段，包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到第二半导体晶粒的多个金属触头；
在半导体晶圆上形成在与所述半导体基板层相距第一距离处的第一图案化层，包括分别对多个金属路径区段进行图案化；以及
在半导体晶圆上形成在与所述半导体基板层相距与所述第一距离不同的第二距离处的第二图案化层，包括分别对多个波导区段进行图案化，所述第二图案化层包括
第一波导，其跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界，
第一调制器，在沿着所述第一波导的第一位置处耦合到所述第一波导，用于基于在所述第一金属接触区段中的第一金属触头处接收的电信号来调制所述第一波导中的光波，以及
第二调制器，在沿着所述第一波导的第二位置处耦合到所述第一波导，用于基于在所述第一金属接触区段或所述第二金属接触区段中的第二金属触头处接收的电信号来调制所述第一波导中的所述光波。
9.一种装置，包括：
互连模块，包括：
第一基板；
在所述第一基板上形成的第一金属接触层，其中所述第一金属接触层包括被配置为电耦合到包括电路的第一晶粒的第一金属触头；
图案化的波导层，其包括部署在所述基板上的多个单独光掩模图案化的波导区段，其中所述图案化的波导层包括第一波导，所述第一波导跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界；
第一调制器，在沿着所述第一波导的第一位置处耦合到所述第一波导并且被配置为基于在所述第一金属触头处从所述第一晶粒接收的第一电信号来调制在所述第一波导中行进的光学信号；以及
第二调制器，在沿着所述第一波导的第二位置处耦合到所述第一波导并且被配置为基于在第二金属触头处接收的第二电信号来调制在所述第一波导中的所述光学信号，所述第二金属触头电耦合到所述第一晶粒或包括电路的第二晶粒；
其中，所述第一波导使所述光学信号能够跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界从源位置行进到目标位置，并且当所述光学信号从所述源位置行进到所述目标位置时，使所述光学信号被所述第一调制器和所述第二调制器调制。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述第一金属接触层包括第二金属触头，所述第二金属触头被配置为电耦合到包括电路的第二晶粒。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述第一金属触头以受控塌陷芯片连接电耦合到所述第一晶粒，并且所述第二金属触头以受控塌陷芯片连接电耦合到所述第二晶粒。
12.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，其中所述第一金属触头位于与第一单独光掩模图案化的波导区段对应的第一区域；并且所述第二金属触头位于与第二单独光掩模图案化的波导区段对应的第二区域，所述第二单独光掩模图案化的波导区段与所述第一单独光掩模图案化的波导区段不同。
13.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，包括：
检测器，被配置为在所述光学信号传输经过所述第一调制器和所述第二调制器之后检测所述光学信号以生成检测到的信号；以及
电路，被配置为使用指示通过其调制所述信号的调制器的数量的预定幅度尺度来映射所述检测到的信号的检测到的幅度。
14.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，包括：
检测器，被配置为在所述光学信号传输经过所述第一调制器和所述第二调制器之后检测所述光学信号以生成检测到的信号；以及
电路，被配置为使用指示通过其调制所述信号的调制器的数量的预定相位尺度来映射所述检测到的信号的检测到的相位。
15.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，包括：
检测器，被配置为在所述光学信号传输经过所述第一调制器和所述第二调制器之后检测所述光学信号以生成检测到的信号；以及
电路，被配置为使用指示通过其调制所述信号的调制器的数量的预定偏振尺度来映射所述检测到的信号的检测到的偏振。
16.如权利要求9至11所述的装置，其中每个单独光掩模图案化的波导区段通过使用光刻系统曝光对应的光掩模来制造，不同的单独光掩模图案化的波导区段通过相同光掩模或不同光掩模的不同曝光来制造。
17.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，其中所述第一金属触头以受控塌陷芯片连接电耦合到所述第一晶粒。
18.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，包括所述第一晶粒。
19.如权利要求10至11中的任一项所述的装置，包括所述第一晶粒和所述第二晶粒。
20.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，其中所述第一调制器被配置为调制所述光学信号的幅度。
21.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，其中所述第一调制器被配置为调制所述光学信号的相位或偏振。
22.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，其中所述图案化的波导层包括：
第一单独光掩模图案化的波导区段，其包括将引导模式耦合到所述第一波导区段的边缘的所述第一波导的第一部分，以及
第二单独光掩模图案化的波导区段，其包括将引导模式耦合到所述第二波导区段的边缘的所述第一波导的第二部分。
23.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，包括第二金属接触层，其包括第二金属触头，其中所述第一金属触头部署在所述基板的第一侧，并且所述第二金属触头部署在所述基板的第二侧。
24.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，其中所述互连模块包括光电中介层，
其中所述基板、所述第一金属接触层、所述图案化的波导层、所述第一调制器和所述第二调制器是所述光电中介层的部分。
25.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，其中所述第一基板包括半导体基板。
26.如权利要求9至11中的任一项所述的装置，其中所述互连模块包括电耦合到所述第一晶粒或所述第二晶粒中的至少一个的滤波电容器或解耦电容器。
27.一种方法，包括：
在沿着形成在第一基板上的第一波导的第一位置处，基于在电耦合到包括电路的第一晶粒的第一金属触头处接收的第一电信号来调制所述第一波导中的光学信号；
在沿着所述第一波导的第二位置处，基于在电耦合到所述第一晶粒或包括电路的第二晶粒的第二金属触头处接收的第二电信号来调制所述第一波导中的所述光学信号；以及
将经调制的光学信号从部署在所述第一基板上的第一单独光掩模图案化的波导区段传输到部署在所述第一基板上的第二单独光掩模图案化的波导区段，其中通过使用光刻系统对第一光掩模进行第一曝光来制造所述第一单独光掩模图案化的波导区段，通过使用所述光刻系统对第二光掩模进行第二曝光来制造所述第二单独光掩模图案化的波导区段，所述第一曝光与所述第二曝光不同，并且所述第一光掩模与所述第二光掩模相同或不同。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述第一金属触头位于与所述第一单独光掩模图案化的波导区段对应的第一区域，并且所述第二金属触头位于与所述第二单独光掩模图案化的波导区段对应的第二区域。
29.如权利要求27所述的方法，包括：在中间位置下游的目的地位置处检测所述经调制的光学信号，在所述中间位置处所述光学信号被调制以生成检测到的信号；以及
使用指示在其处调制所述信号的中间位置的数量的预定幅度尺度来映射所述检测到的信号的检测到的幅度。
30.如权利要求27至29中的任一项所述的方法，其中通过使用光刻系统进行第一光掩模的第一曝光来制造所述第一单独光掩模图案化的波导区段，通过使用所述光刻系统进行第二光掩模的第二曝光来制造所述第二单独光掩模图案化的波导区段，所述第一曝光可以与所述第二曝光不同，并且所述第一光掩模可以与所述第二光掩模相同或不同。
31.如权利要求27至29中的任一项所述的方法，其中所述第一金属触头以受控塌陷芯片连接电耦合到所述第一晶粒。
32.如权利要求27至29中的任一项所述的方法，其中所述第一晶粒包括半导体晶粒。
33.如权利要求27至29中的任一项所述的方法，其中所述第一基板包括半导体基板。
34.如权利要求27至29中的任一项所述的方法，其中所述第二金属触头电耦合到所述第二晶粒，并且所述方法包括沿着跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界的所述第一波导传输所述经调制的光学信号。
35.如权利要求34所述的方法，其中沿着所述第一波导的所述第一位置和所述第二位置位于相同的单独光掩模图案化的波导区段上。
36.如权利要求34所述的方法，其中沿着所述第一波导的所述第一位置和所述第二位置位于不同的单独光掩模图案化的波导区段上。
37.如权利要求27至29中的任一项所述的方法，包括使用部署在所述第一基板上的滤波电容器对所述第一晶粒或所述第二晶粒上的信号进行滤波，其中所述第一晶粒或所述第二晶粒包括与所述第一基板不同的第二基板。
38.如权利要求27至29中的任一项所述的方法，包括使用部署在所述第一基板上的解耦电容器将第一电路部分与第二电路部分解耦，其中所述第一电路部分在所述第一晶粒或所述第二晶粒上，并且所述第二电路部分在所述第一晶粒或所述第二晶粒上。
39.一种装置，包括：
中介层，包括：
中介层基板；
形成在中介层基板上的第一金属接触层，其中所述第一金属接触层包括第一金属触头、第二金属触头和第三金属触头，所述第一金属触头被配置为电耦合到包括电路的第一晶粒，所述第二金属触头被配置为电耦合到所述第一晶粒或包括电路的第二晶粒，所述第一晶粒包括与所述中介层基板不同的第一基板，所述第二晶粒包括与所述中介层基板不同的第二基板；
形成在所述中介层基板上的图案化的波导层，其中所述图案化的波导层包括第一波导；
第一调制器，在沿着所述第一波导的第一位置处耦合到所述第一波导并且被配置为基于在所述第一金属触头处接收的第一电信号来调制在所述第一波导中行进的光学信号以生成第一经调制的光学信号；
第二调制器，在沿着所述第一波导的第二位置处耦合到所述第一波导并且被配置为基于在所述第二金属触头处接收的第二电信号来调制所述第一波导中的所述第一经调制的光波以生成第二经调制光学信号；
检测器，被配置为检测所述第二经调制的光学信号以生成检测到的信号；以及
检测电路，被配置为使用指示以预定方式通过其调制所述信号的调制器的数量的预定尺度将所述检测到的信号的检测到的特性映射到输出信号，其中所述输出信号电耦合到所述第三触头，并且所述第三触头电耦合到所述第一晶粒、所述第二晶粒或所述第三晶粒中的至少一个。
40.如权利要求39所述的装置，其中所述第一金属触头以受控塌陷芯片连接电耦合到所述第一晶粒。
41.如权利要求40所述的装置，其中所述第二金属触头以受控塌陷芯片连接电耦合到所述第二晶粒。
42.如权利要求41所述的装置，其中所述第三金属触头以受控塌陷芯片连接电耦合到所述第三晶粒。
43.如权利要求39至42中的任一项所述的装置，其中所述第一金属接触层包括第一金属接触区段和第二金属接触区段，所述第一金属接触区段包括被布置用于电耦合到所述第一晶粒的多个金属触头，并且所述第二金属接触区段包括被布置用于电耦合到所述第二晶粒的多个金属触头。
44.如权利要求43所述的装置，其中所述第一金属接触区段中的所述多个金属触头以受控塌陷芯片连接电耦合到所述第一晶粒。
45.如权利要求44所述的装置，其中所述第二金属接触区段中的所述多个金属触头以受控塌陷芯片连接电耦合到所述第二晶粒。
46.如权利要求43所述的装置，包括形成在所述中介层基板上的第一图案化的金属层，所述第一图案化的金属层包括多个单独光掩模图案化的金属路径区段。
47.如权利要求46所述的装置，其中所述图案化的波导层包括多个单独光掩模图案化的波导区段，并且所述第一波导跨单独光掩模图案化的波导区段之间的至少一个边界。
48.如权利要求46所述的装置，其中所述第一金属触头位于与第一单独光掩模图案化的波导区段对应的第一区域；并且所述第二金属触头位于与第二单独光掩模图案化的波导区段对应的第二区域，所述第二单独光掩模图案化的波导区段与所述第一单独光掩模图案化的波导区段不同。
49.一种装置，包括：
中介层，被配置为基于第一电信号和第二电信号对第一光学波导中的光学信号执行分布式脉冲-幅度调制，其中从电耦合到所述中介层的第一晶粒接收所述第一电信号，并且从所述第一晶粒或电耦合到所述中介层的第二晶粒接收所述第二电信号。
50.如权利要求49所述的装置，其中所述中介层包括中介层基板，所述第一晶粒包括与所述中介层基板不同的第一基板。
51.如权利要求50所述的装置，其中所述第二晶粒包括与所述中介层基板不同的第二基板。
52.如权利要求50或51所述的装置，其中所述第一晶粒使用受控塌陷芯片连接电耦合到所述中介层。
53.如权利要求52所述的装置，其中所述第二晶粒使用受控塌陷芯片连接电耦合到所述中介层。
54.如权利要求49至51中的任一项所述的装置，其中所述中介层包括：
中介层基板；以及
形成在所述中介层基板上的第一金属接触层，其中所述第一金属接触层包括第一金属触头、第二金属触头和第三金属触头，所述第一金属触头被配置为电耦合到所述第一晶粒，所述第二金属触头被配置为电耦合到所述第一晶粒或所述第二晶粒。
55.如权利要求54所述的装置，其中所述中介层包括所述第一光学波导、第一调制器和第二调制器，
所述第一调制器被配置为基于在所述第一金属触头处接收的所述第一电信号来调制所述第一光学波导中的所述光学信号，并且
所述第二调制器被配置为基于在所述第二金属触头处接收的所述第二电信号来调制所述第一光学波导中的所述光学信号。
56.如权利要求55所述的装置，包括：检测器，其被配置为在所述光学信号传输经过所述第一调制器和所述第二调制器之后检测所述光学信号以生成检测到的信号；以及
检测电路，其被配置为使用指示通过其调制所述信号的调制器的数量的预定幅度尺度将所述检测到的信号的检测到的幅度映射到输出信号。
57.如权利要求56所述的装置，其中所述输出信号电耦合到第三触头，所述第三触头电耦合到所述第一晶粒、所述第二晶粒或第三晶粒中的至少一个。
58.一种用于从多个节点向至少一个目的地传输信息的方法，所述方法包括：
将具有预定初步幅度的信号从源传输到传输介质上；
通过来自两个可能的调制值的二进制集合的选择的调制值，在所述源和所述目的地之间的多个中间位置的每个中间位置处调制所述信号的幅度，其中对于每个所述中间位置，所述二进制集合由以下组成：
调制值1，以及
大于0且小于1的预定幅度缩放因子S；
在所述信号传输经过所有所述中间位置之后检测目的地处的所述信号；以及
使用指示在其处通过所述预定幅度缩放因子调制所述信号的中间位置的数量的预定幅度尺度来映射检测到的信号的检测到的幅度。
59.如权利要求58所述的方法，其中所述预定幅度尺度包括基本上等于预定初步幅度的最大检测到的幅度，以及基本上等于SN的最小检测到的幅度，其中N是中间位置的数量。
60.如权利要求58所述的方法，其中，对于每个中间位置，所述预定幅度缩放因子S不同。
61.如权利要求58所述的方法，其中，对于每个中间位置，所述预定幅度缩放因子S相等。
62.如权利要求61所述的方法，其中所述预定幅度缩放因子S基本上等于(k-1)/k，其中k是中间位置的数量。
63.如权利要求58至62中的任一项所述的方法，其中从所述源传输的所述信号在包括第一时隙的多个时隙中的每个时隙内具有所述预定初步幅度。
64.如权利要求63所述的方法，其中在所述多个中间位置中的每个中间位置处的所述信号的所述幅度的所述调制在基于每个中间位置与所述源之间的传播距离的传播延迟之后的第一时隙内发生。
65.如权利要求63所述的方法，还包括在所述多个节点、所述源和所述目的地之间维持时间同步。
66.如权利要求58至62中的任一项所述的方法，其中所述传输介质包括光学波导。
67.如权利要求66所述的方法，其中所述光学波导形成在集成电路中介层中，所述集成电路中介层包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到至少一个半导体晶粒的金属触头。
68.如权利要求67所述的方法，其中基于来自所述半导体晶粒的电信号来提供在所述中间位置中的一个或多个处的选择的调制值。
69.一种用于从多个节点向至少一个目的地传输信息的系统，所述系统包括：
传输介质；
源，被配置为将具有预定初步幅度的信号传输到所述传输介质上；
在所述源和所述目的地之间的相应中间位置处耦合到所述传输介质的多个幅度调制器，每个幅度调制器被配置为通过来自两个可能的调制值的二进制集合中的选择的调制值来调制所述信号的幅度，其中对于每个幅度调制器，所述二进制集合由以下组成：
调制值1，以及
大于0且小于1的预定幅度缩放因子S；
在目的地处的检测器，被配置为在所述信号传输经过所有所述中间位置之后检测所述信号；以及
电路，被配置为使用指示在其处通过共用幅度缩放因子调制所述信号的中间位置的数量的预定幅度尺度来映射检测到的信号的检测到的幅度。
70.一种方法，包括：
将具有预定初步光学特性的信号从源传输到传输介质上；
通过选择的调制值在所述源和目的地之间的多个中间位置中的每个中间位置处调制所述信号的光学特性；
在所述信号传输经过所述中间位置之后，检测目的地处的所述信号；以及
使用指示在其处调制所述信号的中间位置的数量的预定尺度来映射检测到的信号的检测到的光学特性。
71.如权利要求70所述的方法，其中所述光学特性包括幅度。
72.如权利要求71所述的方法，其中调制所述光学特性包括：
通过从两个可能的调制值的二进制集合中选择的调制值来调制所述多个中间位置中的每个中间位置处的所述信号的所述幅度，其中对于每个所述中间位置，所述二进制集合由以下组成：
调制值1，以及
大于0且小于1的预定幅度缩放因子S。
73.如权利要求71所述的方法，其中映射所述检测到的信号的检测到的光学特性包括使用指示在其处通过预定幅度缩放因子调制所述信号的中间位置的数量的预定幅度尺度来映射所述检测到的信号的检测到的幅度。
74.如权利要求73所述的方法，其中所述预定幅度尺度包括基本上等于预定初步幅度的最大检测到的幅度和基本上等于SN的最小检测到的幅度，其中N是中间位置的数量。
75.如权利要求72至74中的任一项所述的方法，其中，对于每个中间位置，所述预定幅度缩放因子S不同。
76.如权利要求72至74中的任一项所述的方法，其中，对于每个中间位置，所述预定幅度缩放因子S相等。
77.如权利要求72至74中的任一项所述的方法，其中所述预定幅度缩放因子S基本上等于(k-1)/k，并且k是中间位置的数量。
78.如权利要求71至74中的任一项所述的方法，其中从所述源传输的所述信号在包括第一时隙的多个时隙中的每个时隙内具有预定初步幅度。
79.如权利要求78所述的方法，其中在所述多个中间位置中的每个中间位置处的所述信号的所述幅度的所述调制在基于每个中间位置与所述源之间的传播距离的传播延迟之后的第一时隙内发生。
80.如权利要求78所述的方法，还包括在所述多个节点、所述源和所述目的地之间维持时间同步。
81.如权利要求70至74中的任一项所述的方法，其中所述传输介质包括光学波导。
82.如权利要求81所述的方法，其中所述光学波导形成在集成电路中介层中，所述集成电路中介层包括被布置用于以受控塌陷芯片连接电耦合到至少一个半导体晶粒的金属触头。
83.如权利要求82所述的方法，其中基于来自所述半导体晶粒的电信号来提供在所述中间位置中的一个或多个处的选择的调制值。
84.如权利要求71至74中的任一项所述的方法，其中调制所述光学特性包括：
通过从两个可能的调制值的二进制集合中选择的调制值来调制在所述多个中间位置中的每个中间位置处的所述信号的所述幅度，其中对于每个所述中间位置，所述二进制集合由以下组成：
调制值1，以及
大于1的预定幅度缩放因子S。
85.如权利要求70至74中的任一项所述的方法，其中所述光学特性包括相位或偏振。
86.一种方法，包括：
将具有预定初步第一光学特性和预定初步第二光学特性的信号从源传输到传输介质上；
通过选择的调制值在所述源和目的地之间的多个中间位置中的每个中间位置处调制所述信号的所述第一光学特性或所述第二光学特性；
在所述信号传输经过所述中间位置之后，检测所述目的地处的所述信号；以及
使用指示在其处调制所述信号的中间位置的数量的预定尺度来映射检测到的信号的检测到的第一光学特性和第二光学特性。
87.如权利要求86所述的方法，其中所述第一光学特性包括幅度并且所述第二光学特性包括相位。
88.如权利要求86所述的方法，其中所述第一光学特性包括幅度并且所述第二光学特性包括偏振。
89.如权利要求86所述的方法，其中所述第一光学特性包括相位并且所述第二光学特性包括偏振。
90.如权利要求86至89中的任一项所述的方法，其中所述信号具有预定初步第三光学特性，所述方法包括通过选择的调制值在所述源和目的地之间的多个中间位置中的每个中间位置处调制所述信号的所述第一光学特性、所述第二光学特性或所述第三光学特性；以及
使用指示在其处调制所述信号的中间位置的数量的预定尺度来映射检测到的信号的检测到的第一光学特性、第二光学特性和第三光学特性。
91.如权利要求90所述的方法，其中所述第一光学特性包括幅度，所述第二光学特性包括相位，并且所述第三光学特性包括偏振。
92.一种系统，包括：
传输介质；
源，被配置为将具有预定初步光学特性的信号传输到所述传输介质上；
在所述源和目的地之间的相应中间位置处耦合到所述传输介质的多个光学特性调制器；
在所述目的地处的检测器，被配置为在所述信号传输经过所述中间位置之后检测所述信号；以及
电路，被配置为使用指示在其处调制所述信号的中间位置的数量的预定尺度来映射检测到的信号的检测到的光学特性。
93.如权利要求92所述的系统，其中每个光学特性调制器包括幅度调制器，所述幅度调制器被配置为通过来自两个可能的调制值的二进制集合中的选择的调制值来调制所述信号的幅度。
94.如权利要求93所述的系统，其中对于每个所述幅度调制器，所述二进制集合由以下组成：
调制值1，以及
大于0且小于1的预定幅度缩放因子S。
95.如权利要求93所述的系统，其中对于每个所述幅度调制器，所述二进制集合由以下组成：
调制值1，以及
大于1的预定幅度缩放因子S。
96.如权利要求92至95中的任一项所述的系统，其中每个光学特性调制器包括相位或偏振调制器，其被配置为通过来自两个可能的调制值的二进制集合中的选择的调制值来调制所述信号的相位或偏振。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2024198966A1 (zh) * | 2023-03-28 | 2024-10-03 | 上海曦智科技有限公司 | 半导体结构及其制造方法 |
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- 2021-05-21 CN CN202110555227.2A patent/CN113900276A/zh active Pending
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