微型 LED 創新達成 2.75 GHz 光學調變帶寬，能耗僅 25 毫瓦

微型 LED 有望為數據中心提供更具能源效率的方式，以在計算系統之間傳輸資訊。來自伊利諾伊大學厄本那-香檳分校和聖母大學的研究人員開發出一種具有創紀錄光學開關性能的微型 LED。該裝置實現了 2.75 GHz 的光調製帶寬，並僅消耗 25 毫瓦的功率。這一成就可能有助於降低短距離光通信的能源需求。數據中心越來越依賴基於光的連接，以高速度傳輸資訊。然而，傳統的光學發射器通常使用鐳射，這些鐳射消耗大量電力並產生熱量。

研究人員相信，他們的設計能為這些連接提供一種高效的替代方案。他們的研究結果還為工程設計更小的 LED 確立了發展路線圖，而不會犧牲性能。

微型 LED 的設計與性能

研究團隊專注於氮化鎵量子井 LED，這是一種廣泛使用的半導體設計。他們調查了裝置尺寸如何影響開關速度和電力消耗。實驗涵蓋了從 100 微米到僅 2 微米的微型 LED 直徑。令人驚訝的是，最小的裝置並未提供最佳的整體性能。研究人員確定 5 微米是平衡帶寬和功耗的最佳直徑。經過優化的裝置實現了 2.75 GHz 的光調製帶寬。這一測量指示了 LED 如何快速響應電信號切換其光輸出。

超過該頻率，光信號可能會失去強度，並變得不利於可靠的數據傳輸。主要作者 Abdelghany Abouelnagga 表示，團隊挑戰了小型裝置總是表現更好的假設。他們的研究結果提供了一種系統的方法，以評估裝置尺寸、開關速度和能源需求之間的關係。

實現這些結果還需要詳細的半導體建模。研究人員檢查了可能引入寄生效應的材料缺陷和電氣特性。這些不必要的效應可能限制開關性能並降低效率。團隊利用這些模型指導製造過程並優化最終裝置。其結果在量子井 LED 中代表了光調製帶寬的記錄。

光通信的重要性

光通信在數據中心處理不斷增長的資訊量時變得越來越重要。基於光的連接可以以相對較小的信號損失以高頻率傳輸數據。隨著傳輸速度的提高，銅互連面臨更大的限制。鐳射目前主導著許多高速光連接。然而，它們的功率需求為已經管理大量電力消耗的設施帶來了額外挑戰。光學元件產生的熱量也增加了冷卻需求。Abouelnagga 指出，大約 90% 的數據中心通信涉及的距離短於 10 米。

這些連接可以受益於低功耗的光發射器。新的微型 LED 在以千赫茲頻率響應電信號時僅消耗 25 毫瓦的功率。其小型化的外形也可能支持密集排列的光發射器。研究人員設想將多個微型 LED 放置於二維陣列中。每個發射器可以攜帶獨立的資訊流，潛在地增加緊湊硬件內的通信容量。

該研究發表在《IEEE 電子器件通訊》上。來自伊利諾伊州和聖母大學的研究人員通過各自的工程系協作進行該項目。儘管這項技術仍需要進一步開發，但其性能為短距離光連接提供了有希望的方向。更高效的微型 LED 發射器最終可能幫助數據中心提 Qualcomm 信速度，而不必完全依賴耗電的鐳射。

微型 LED 對數據中心的潛在影響

隨著數據中心對高效能光通信的需求不斷增加，微型 LED 的創新為解決能源消耗問題提供了新思路。傳統鐳射雖然能提供高速傳輸，但其高能耗和熱量產生對數據中心造成挑戰。微型 LED 的低功耗特性和小型化設計，不僅能減少能耗，還能支持更密集的光發射器排列，進一步提升通信容量。這項技術的發展可能會成為未來數據中心設計的重要組成部分，推動行業向更可持續的方向邁進。