Оптика + кремний = компьютеры будущего

комментировать
версия для печати

Исследователи корпорации Intel создали кремниевый транзистор, который передает информацию с помощью светового луча. По мнению Intel, именно на кремнии будут работать оптические компьютеры будущего.

Об этой разработке подробно рассказано в научном журнале Nature за 12 февраля в статье «Высокоскоростной кремниевый оптический модулятор на основе металоксидных полупроводников».

Передача данных осуществляется следующим образом: пучок света разделяется на два луча, а затем один из них модулируется электрическим зарядом. При соединении обоих лучей вновь образуется последовательность световых импульсов-«вспышек» с частотой 1 ГГц, что в 50 раз быстрее, чем до сих пор удавалось достичь в подобных системах. Интерпретируя наличие света как «1», а его отсутствие как «0», можно передавать и получать информацию.

«Это колоссальный шаг на пути построения оптических устройств, которые будут передавать данные внутри компьютера поистине со скоростью света, — говорит Патрик Гелсингер, старший вице-президент и технологический директор корпорации Intel. — Это один из тех революционных технологических прорывов, последствия которых расходятся как „волны“ по всей индустрии и порождают целый ряд совершенно новых устройств и приложений. Они помогут интернету стать быстрее, позволят внедрить приложения для распознавания человеческой речи, а компьютерные игры с их помощью превратятся в увлекательные трехмерные анимационные фильмы».

По оценке международной ассоциации производителей полупроводников Sematech, предел развития технологий с металлическими проводниками наступит к 2008 года, после чего единственная альтернатива — оптика.

На пленарных докладах весеннего форума IDF-2003 в Сан-Хосе (США) были продемонстрированы две интересные новинки в области кремниевой фотоники, свидетельствующие об активности разработок Intel в этой области. Главный исполнительный директор Intel Крейг Барретт представил оптический канал передачи данных на базе кремниевого оптического модулятора, и тут же состоялась первая в мире публичная передача данных по оптическому кабелю длиной 5 миль (на катушке) с помощью интегрированной на кремниевом кристалле оптическо-полупроводниковой схемы. А по ходу пленарного доклада вице-президента, генерального менеджера подразделения Intel Communications Group Шона Мэлоуни была продемонстрирована оптическая система передачи данных на частоте 193 терагерца при помощи 4-ваттного малогабаритного перестраиваемого лазера.

1 ГГц, который достигается уже сегодня на экспериментальных устройствах кремниевой фотоники, равен миллиарду бит информации, которая передается по одному-единственному волокну. По мнению экспертов Intel, эта величина может быть увеличена в десять и более раз. Кроме того, по одному стеклянному волокну одновременно может передаваться сразу несколько потоков данных при помощи использования разных длин волн.

Эта технология получила название Dense Wavelens Division Multiplexing (DWDM), что означает мультиплексирование среды передачи данных. С момента появления в середине 90-х годов первых систем DWDM количество каналов передачи данных возросло в несколько раз. В настоящее время уже разработаны системы с числом каналов более 40. При этом удается передавать на значительные расстояния информацию со скоростью до 10 Гбит/с на канал. Развитие этой технологии и улучшение параметров элементов оптической системы позволяет в перспективе достичь скорости передачи данных по одному оптоволокну до 1 трлн бит в секунду, что превышает весь существующий в настоящее время трафик интернета. Дополнительные преимущества передачи информации по волоконно-оптическим кабелям заключаются в том, что на них не влияет внешнее электромагнитное излучение, и они не оказывают воздействия друг на друга.

«У нас есть обширная программа исследований, цель которых — применить наш многолетний опыт в области создания кремниевых устройств для создания встроенных оптических соединений типа „чип-чип“ и „компьютер-компьютер“, — продолжает Паниччиа. — Речь идет о „силиконизации“ всех элементов оптических сетей (за исключением, естественно, источника света — лазера) и разработке новых устройств еще до конца десятилетия».

По мнению экспертов Intel, сначала оптические коммутаторы заменят электронное оборудование в опорных каналах связи, а потом, возможно, и вся инфраструктура интернета и аппаратура конечных пользователей будет функционировать исключительно на оптических принципах. Затем световые кабели свяжут компоненты компьютеров. Но кремний никому не уступит свое место в компьютерах будущего.

В одном из наиболее полных обзоров, посвященных кремниевой фотонике — «Will silicon be the photonic material of the third millenium?», опубликованном в J.Phys.Cond.Matter, 2003, 15, R1169–1196, итальянский ученый L. Pavesi (Universita’ di Trento, Italy) утверждает, что кремний в третьем тысячелетии станет столь же стандартным материалом в фотонике, как сегодня в микроэлектронике. Кремниевая микрофотоника найдет применение в системах связи, компьютерной технике, дисплеях, системах оптического и ИК изображения, медицине, оптических принтерах, оптических системах управления, оптических сенсорах, оптических системах обработки сигналов, оптических устройствах хранения информации и устройствах оптического управления СВЧ-системами.

Другие