IBM Research, «запекание» оптических элементов в кремниевые микросхемы
Исследователи из IBM Research доказали возможность интеграции оптических компонентов в кремниевые микросхемы посредством существующих производственных процессов без снижения надежности или быстродействия индивидуальных транзисторов

Свою новую технологию В IBM называют «кремниевой нанофотоникой». Она обещает кардинально упростить проектирование оптического сетевого оборудования и расширить его функциональность. Подобно тому как изобретение интегральных схем позволило компоновать мощные микропроцессоры из миллиардов транзисторов, так и кремниевая нанофотоника обещает сжать оптические элементы до гораздо меньших размеров и при этом создавать из них намного более мощные чипы.

Исследователи из IBM собираются обсудить свою разработку на конференции IEEE International Electron Devices Meeting в Сан-Франциско. Они расскажут, как им удалось встроить оптические модуляторы и фотодетекторы в кремниевый чип, применяя стандартный метод производства микросхем с топологическим размером элемента 90 нм. Как утверждается, в отрасли такая возможность реализована впервые.

Новшество, например, можно использовать для создания приемопередатчиков систем уплотнения сигналов по длине волны, реализованных в виде одной микросхемы, которые будут способны передавать данные на скорости до 25 Гбит/с. Теоретически с помощью данного производственного процесса можно изготовить чип, способный передавать данные на скорости терабит в секунду или более.

В IBM работают над этой технологией уже больше десяти лет, сообщил Соломон Ассефа, научный сотрудник IBM Research.

В корпорации опубликовали доказательство верности концепции данной технологии в 2010 году. Нынешнее же исследование касается возможности изготовления оптических компонентов с помощью существующих производственных процессов без ухудшения надежности или быстродействия индивидуальных транзисторов. Отдельное исследование было посвящено возможности изготовления таких компонентов по приемлемым ценам.

В общем случае передача данных с помощью световых сигналов более эффективна, чем с помощью электронов по проводам, указывает Ассефа. Световой сигнал передается быстрее, к тому же по одному волокну можно передавать сразу много сигналов с разной длиной волны. Кроме того, при оптимальных условиях свет может пройти более дальние дистанции без ретрансляторов.

Сегодня оптические модули, используемые в волоконно-оптических сетях, собираются из раздельных кремниевых и фотонных компонентов. Размещение тех и других в одном чипе обещает экономию денег благодаря возможности применять традиционные инструменты и процессы индустрии микроэлектроники, полагает Ассефа.

Кремниевая технология также позволяет размещать элементы очень плотно, добавляет он: «Вместо одного канала передачи можно одновременно получить 50, и один чип способен обеспечить гигантскую пропускную способность».

Таким образом, кремниевая нанофотоника обещает упростить и удешевить реализацию передающих элементов, на которых базируются волоконно-оптические сети. Можно также добиться более быстрого обмена данными внутри компьютеров, если заменить нынешние электронные интерфейсы на оптические.

Первой потенциальной областью применения новой технологии станут высокопроизводительные вычисления. Узкое место нынешних суперкомпьютеров — это не сами процессоры, а скорость, с которой данные можно перемещать между ними и памятью. «Развитие суперкомпьютеров задерживается, так как существующие межсоединения ограничены в пропускной способности, не масштабируются и дорого стоят», — полагает Ассефа.