Najszybsze urządzenie

Naukowcy Intela stworzyli najszybsze urządzenie krzemowo-optyczne Rozwiązania krzemowe mogą umożliwić wykorzystanie szybkich połączeń światłowodowych w komputerach PC

Naukowcy Intela dokonali przełomowego odkrycia polegającego na wykorzystaniu krzemowego procesu produkcyjnego do budowy nowatorskiego urządzenia (działającego na zasadzie tranzystora), które może kodować dane w strumień światła. Produkcja szybkich światłowodowych modulatorów ze standardowego krzemu może umożliwić tworzenie bardzo tanich połączeń wysokiej przepustowości pomiędzy komputerami, serwerami i innymi urządzeniami elektronicznymi. Możliwe będzie także wykorzystanie połączeń światłowodowych wewnątrz komputerów.
Czasopismo „Nature” donosi, że badacze Intela podzielili strumień światła na dwie oddzielne wiązki podczas jego przenikania przez krzem. Później wykorzystane zostało nowatorskie urządzenie (działające na zasadzie tranzystora) w celu uderzenia strumienia ładunkiem elektrycznym, co wywołało „zmianę fazy”. Gdy dwa strumienie światła są znowu połączone, zmiana fazy wywołana pomiędzy dwoma strumieniami sprawia, że światło włącza i wyłącza układ z częstotliwością ponad 1 GHz (miliard bitów danych na sekundę), to znaczy 50 razy szybciej niż z wykorzystaniem dotychczasowych rozwiązań krzemowych. Ten schemat włączania i wyłączania może być tłumaczony na zera i jedynki potrzebne do transmisji danych.
- To ogromny krok w kierunku umożliwienia produkcji urządzeń optycznych, które będą przesyłały dane wewnątrz komputera z prędkością światła - powiedział Patrick Gelsinger –wiceprezes i CTO Intela. To przełomowe odkrycie będzie miało wpływ na całą branżę, umożliwiając tworzenie nowych urządzeń i aplikacji. Rozwiązanie to może zapewnić szybsze działanie Internetu, tworzenie znacznie szybszych komputerów klasy HPC (High Performance Computing) oraz aplikacji wymagających wysokich przepustowości, takich jak wyświetlanie obrazów niespotykanej dotąd jakości czy systemy rozpoznawania obrazu.
Dotychczas produkcja komercyjnych urządzeń optycznych wymagała wykorzystania drogich i egzotycznych materiałów wymagających kompleksowej produkcji, co ograniczało ich użycie do tak specjalistycznych branży jak sieci rozległe i telekomunikacja. Wynalazek Intela (szybki, oparty na krzemie modulator optyczny o wydajności przekraczającej 1 GHz) udowadnia, że możliwe jest wykorzystanie standardowego krzemu jako materiału zapewniającego korzyści płynące z rozwiązań optycznych wysokiej przepustowości. W znacznie szerszym zakresie zastosowań komputerowych i komunikacyjnych.
Krzem, światło i elektronika mogą ze sobą współpracować
Intel rozpoczął badania nad optycznymi właściwościami krzemu w połowie lat 90-tych. Koncentrują się one na testach i pomiarach związanych z optycznym przełączaniem tranzystorów wewnątrz mikroprocesorów. Krzem wydaje się być „nieprzenikalny” dla naszego wzroku, jest jednak przezroczysty dla podczerwieni.
- Tak jak Superman mógł widzieć przez ściany dzięki promieniom rentgena, tak możliwe jest przenikanie obrazu w podczerwieni przez krzem, powiedział Mario Paniccia – dyrektor badań „silicon photonics” w Intelu. Dzięki temu możliwe jest przesyłanie podczerwieni (o tej samej długości fali, jak w przypadku typowej komunikacji optycznej) z wykorzystaniem krzemu. Sposób poruszania się ładunków elektrycznych w tranzystorze, gdy podłączane jest napięcie, może być wykorzystany do zmiany właściwości światła podczas jego przepływu przez te ładunki. Teraz możemy zmieniać właściwości światła, takie jak faza i amplituda, wykorzystując to do produkcji krzemowych urządzeń optycznych.
Po co optyka światłowodowa w układach elektronicznych?
Pasmo przenoszenia. 1 GHz w eksperymentalnym urządzeniu Intela oznacza miliard bitów informacji przepływających pojedynczym światłowodem. Badacze Intela twierdzą, że w przyszłości technologia to może osiągnąć nawet 10 GHz i więcej. Pojedynczy kabel światłowodowy może zapewnić równolegle wiele kanałów przepływu danych z tą samą prędkością dzięki wykorzystaniu różnych kolorów światła- podobnie rozwiązane są technologie transmisji radiowych czy przekazów telewizji kablowej. Dodatkowo kable światłowodowe są odporne na wpływ czynników elektromagnetycznych i przenikanie sygnałów (cross-talk), co stanowi znaczne utrudnienie w przypadku tradycyjnych, szybkich połączeń miedzianych.
- Opracowaliśmy długoterminowy program badawczy mający na celu określenie w jaki sposób możemy wykorzystać nasz dorobek w innych obszarach. Nasz dalekosiężny plan to budowa zintegrowanych urządzeń optycznych, powiedział Paniccia.

Raport na temat badań został opublikowany 12 lutego w magazynie Nature (nr 428). Autorami materiału zatytułowanego Szybki krzemowy modulator optyczny wykorzystujący kondensator metalowo-tlenkowo-półprzewodnikowy są Ansheng Liu, Richard Jones, Ling Liao, Dean Samara-Rubio, Doron Rubin, Oded Cohen, Remus Nicolaescu i Mario Paniccia z Corporate Technology Group Intela.
Artykuł i dodatkowe informacje na temat badań nad optyką krzemową Intela można znaleźć w Internecie, pod adresem: www.intel.com/technology/sp