Американская компания IBM сообщила о достижении важной вехи на пути к внедрению технологии кремниевой фотоники, в которой информация передаётся при помощи света, а не электрических сигналов. Впервые удалось спроектировать и испытать полностью интегрированный кремниевый фотонный чип с мультиплексированием, благодаря которому в ближайшее время станет возможным производство 100-гигабитных оптических приёмопередатчиков.
Использование оптических каналов для передачи данных в пределах чипа позволит существенно сократить потери энергии и при этом увеличить пропускную способность. Основным препятствием является различие в технологиях производства микросхем и оптики. Исследователи работают над тем, чтобы создать приёмопередатчики световых импульсов на технологии КМОП, активно используемой для производства электроники.
Процесс интегрирования световых каналов в электронику подразумевает несколько ключевых рубежей. На первом шаге оптическая передача данных применяется на материнской плате, следующий уровень — размещение оптики внутри чипа, и последний рубеж — использование электрических и оптических каналов совместно, непосредственно на кремниевой пластине.
Достижение IBM помогает сделать второй шаг из перечисленных выше. Нанооптический чип, разработанный компанией, может быть помещён в один корпус с электронным чипом, что позволяет сделать переход между электроникой и оптикой ближе к процессорной логике. Важно отметить, что лазеры по-прежнему не интегрированы в чип: они производятся отдельно и взаимодействуют с оптическим чипом посредством так называемых «лазерных входных портов» (laser input ports). Каждый из четырёх портов приёмопередатчика обеспечивает пропускную способность 25 Гбит/с. Благодаря использованию четырёх различных длин волн общая скорость передачи достигает 100 Гбит/с.
Особенно ценным аспектом достижения IBM является то, что созданный ею чип изготавливается по стандартному 90-нанометровому технологическому процессу. Именно возможность использования распространённых технологий производства является ключевым фактором для успеха новых способов организации компьютерных вычислений, и в частности использования оптики. Если бы технология была отличной от широко использующейся в промышленности, шансы на коммерческое применение разработки были бы намного меньше.
В настоящий момент IBM видит основной сферой применения нанооптических чипов дата-центры и кластеры для высокопроизводительных вычислений. Компания сообщила, что референсные устройства были успешно протестированы на макетах дата-центров и продемонстрировали способность передавать данные со скоростью 100 Гбит/с на расстояние до 2 километров.
Следующей своей целью компания указывает размещение лазеров внутри чипа благодаря использованию полупроводниковых соединений элементов 13 и 15 групп Периодической системы элементов (III и V групп по старой классификации). И только затем разработчики намереваются разместить лазеры, волноводы, фотодиоды и прочие оптические компоненты непосредственно на печатной плате процессора, рядом с медными соединениями и с транзисторами.
О том, как решаются задача передачи данных с помощью света внутри микропроцессора, мы рассказывали ранее.
