Der Bandbreitenhunger von Cloud Computing und KIArtificial IntelligenceKI bezeichnet Verfahren, die Aufgaben durch datengetriebene Modelle automatisieren. treibt optische Interconnects in eine neue Skalierungsphase. imec ordnet die Entwicklung in eine mehrstufige Roadmap ein: von Pluggable Optics über Co-Packaged Optics bis zu optischen Strukturen im Wafer-Stack. Im Zentrum steht die Forderung, Optik näher an das Silizium zu bringen, um Reichweite, Energieeffizienz, Latenz und Integrationsdichte gleichzeitig zu verbessern.
Die klassischen kupferbasierten Verbindungen stoßen bei kurzen Distanzen zwar noch auf millimetergenauer Ebene an, geraten bei höheren Lane-Raten und längeren Strecken aber an Leistungs-, Temperatur- und Signalintegritätsgrenzen. Optische Verbindungen umgehen viele dieser Probleme, müssen jedoch selbst zu deutlich höheren Datenraten und geringeren Energieaufnahmen skalieren. Für künftige Systeme nennt imec Zielgrößen von mehreren Terabit pro Sekunde, sehr niedriger Latenz und immer höherer Bandbreitendichte.
Bei Pluggable Optics bleibt die Modularity der zentrale Vorteil. Die Module sind hot-swappable, interoperabel über IEEEInstitute of Electrical and Electronics Engineers 802.3 und MSAMulti-Source AgreementEine MSA legt gemeinsame Schnittstellen fest, damit mehrere Anbieter kompatible Produkte liefern können.-Formfaktoren wie QSFP, QSFP-DDdefect densityAnzahl von Material- oder Strukturfehlern bezogen auf eine bestimmte Fläche. und OSFP und konnten sich von 100/200G auf 400G und 800G entwickeln. Erste 1,6T6 transistor cellEine Standard-SRAM-Zelle mit 6 Transistoren-Transceiver mit 200Gbps pro Lane und acht parallelen Lanes nähern sich der Einführung. Für 3,2T-Module reichen herkömmliche Siliziumphotonik-Ansätze jedoch nur noch bedingt aus, vor allem wegen der Anforderungen an Modulatorbandbreite jenseits von 100GHz.
Ein technischer Schwerpunkt ist deshalb die heterogene Integration elektro-optischer Materialien auf SiPho. imec verweist auf zwei erste Ergebnisse: eine O-band 320Gbps unamplified optical link über 2km Single-Mode-Faser mit transfergedruckten dünnfilmigen LiNbO3-Mach-Zehnder-Modulatoren sowie eine erste heterogene Integration eines LiTaO3-Modulators auf einem siliziumphotonischen Schaltkreis. Beide Ansätze nutzen Micro-Transfer-Printing und sollen künftig >100GHz-fähige Bauelemente auf SiPho ermöglichen.
Für engere Chip-zu-Chip-Verbindungen rückt Co-Packaged Optics in den Vordergrund. Hier sinkt der elektrische Pfad von Zentimetern auf wenige Millimeter, wodurch Verluste und Latenz reduziert werden. Die Anforderungen verschieben sich dabei von komplexer DSP1. differential signal processingAuswertung der Differenz zweier Signale, oft zur Unterdrückung gemeinsamer Störungen.2. digital signal processing-Kompensation hin zu möglichst sauberen optischen Kanälen mit sehr niedrigen Bitfehlerraten. imec nennt für diesen Bereich OIO2.5D als Zielbild mit optischen Engines von 1,6T6 transistor cellEine Standard-SRAM-Zelle mit 6 Transistoren und 3,2T bis hin zu 6,4T und 12,8T, Lane-Raten von 400Gbps, Bandbreitendichten nahe 1Tbps/mm und Energieeffizienzen bis 5pJ/bit.
Mit einer 2025 vorgestellten GeSi-EAM-Technologie erreichte imec bereits eine net data rate von 400Gbps pro Lane im C-Band. Der Bauelementeansatz basiert auf dem Franz-Keldysh-Effekt, ist kompakt und für 300mm CMOS1. complementary metal-oxide semiconductorSchaltungstechnik mit sich ergänzenden n- und p-Kanal-MOS-Transistoren, die besonders wenig statische Leistung benötigt.2. complementary metal-oxide-semiconductorCMOS ist eine grundlegende Halbleitertechnologie für digitale und analoge Schaltungen.-kompatible SiPho-Plattformen ausgelegt. Parallel dazu arbeitet imec an erweiterten Packaging-Konzepten mit 2.5D-Interposern, TSV1. through silicon viaSenkrechte, leitfähige Durchkontaktierung durch Silizium zur elektrischen Verbindung gestapelter Chips.2. through-silicon viaEin TSV ist eine vertikale Verbindung durch das Silizium und dient der elektrischen Durchkontaktierung in 3D- und Packaging-Strukturen.s, Fan-Out Wafer-Level Packaging und Hybrid Bonding sowie an externen Laserquellen für frühe CPOco-packaged opticsOptische Bauelemente werden direkt mit dem Prozessor in einem Package integriert-Systeme.
Über CPOco-packaged opticsOptische Bauelemente werden direkt mit dem Prozessor in einem Package integriert hinaus beschreibt imec mit OIO3D die nächste Stufe optischer Integration. Dabei sollen photonic layers direkt über oder unter der Rechenelektronik liegen, mit elektrischen Wegen im Mikrometerbereich. Die Zielwerte reichen dann bis in den Bereich von zehn Terabit pro Sekunde pro Millimeter, unter 1pJ/bit und unter 100ns Latenz. Als Material- und Integrationspfade nennt imec unter anderem GeSi, LiNbO3, LiTaO3, InP und BTO. Zudem meldeten Veeco Instruments und imec im Januar 2026 einen 300mm-tauglichen Prozess zur Integration von Bariumtitanat auf Siliziumphotonik, der auf molekularstrahlgestütztem Wachstum für einkristalline BTO-Dünnfilme basiert.