Новости
Ученые IBM совершили прорыв, который ускорит коммерческое внедрение кремниевой фотоники
29

Ученые IBM совершили прорыв, который ускорит коммерческое внедрение кремниевой фотоники

IBM-silicon-photonics
Стопка кремниевых подложек с оптико-электронными 4-канальными мультиплексорами IBM.

 

Компания IBM совершила прорыв, который, как утверждается, существенно ускорит переход к коммерческому внедрению кремниевой фотоники: специалистам «голубого гиганта» удалось создать первый полностью интегрируемый оптический мультиплексор. Новинка призвана обеспечить возможность выпускать оптические приемопередатчики с пропускной способностью 100 Гбит/с и сделать реальностью объединение оптических и электронных компонентов в одном корпусе. Это позволит процессору или контроллеру принимать и обрабатывать поток фотонов и чистый поток электронов одновременно. Этот тип интегральной микросхемы имеет решающее значение для долгосрочного развертывания оптических каналов связи на малых и сверхмалых расстояниях. Но почему именно кремниевая фотоника, и почему на реализацию этих планов ушли десятки лет труда ученых таких известных IBM и Intel, а добиться удалось немного?

В теории кремниевая фотоника может решить некоторые серьезные проблемы, связанные с дальнейшим использованием медных соединений. Одной из крупнейших проблем медных проводов является то, что они не масштабируются настолько же хорошо, как другие компоненты современного процессора. Преодолев предел, дальнейшее уменьшение размеров медных соединений без снижения их пропускной способности и/или срока службы станет невозможным. Теоретически, оптические соединения обеспечат более высокую скорость передачи при существенно меньших затратах энергии.

К сожалению, кремний является не самым удачным «другом» для оптических микросхем. Из-за недостаточно широкой запрещенной зоны и существенно различающихся масштабов производства, проектирование сопоставимых по размерам и доступных по цене решений, совместимых с нынешней технологией производства КМОП-микросхем и опирающихся на кремний вместо более дорогостоящей альтернативы вроде арсенид галлия – казалось задачей чрезвычайной сложности.

Причина, по которой так много компаний старались вывести эту технологию на рынок, несмотря на медленные темпы прогресса, заключается в том, что кремниевая фотоника, как считается, необходима для перехода в новую эру вычислений ExaScale. Сейчас медь и оптоволокно разделяют рынок передачи данных по такому критерию как расстояние: медные кабели между серверами или стойками, тогда как для передачи информации на большие расстояния используются оптические каналы.

Intel-Silicon-Photonics-Roadmap-640x333

На графике выше из презентации Intel по кремниевой фотонике наглядно приведены плановые значения основных показателей, включая стоимость и энергопотребление. В рамках этой инициативы исследовательские группы IBM попытались уменьшить функциональный узел, которые они использовали для микросхемы собственной разработки. Приведенный ниже слайд из презентации 2012 года показывает, что 90-65 нм являются «золотой серединой» для данного рода микросхем.

SweetSpot

Представленный на конференции Conference on Lasers and Electro Optics 2015 IBM оптический мультиплексор выполнен на SOI-подложке с использованием техпроцесса ниже 100 нм. Чип получил четыре входящих и такое же количество исходящих оптических канала с пропускной способностью 25 Гбит/с каждый. Таким образом, можно создавать один полнодуплексный канал с простым одномодовым оптоволокном и пропускной способностью 100 Гбит/с.

Данные модули могут выпускаться отдельно, а также интегрироваться в состав процессоров или в другую электронику для обработки оптических сигналов. В IBM не забыли и о разработчиках, представив соответствующие наборы инструментов.

ibm_2

Важно отметить, что подобные модули можно соединять на уровне микросхем без каких-либо дополнительных разъемов. На данном этапе в состав решений не входят полупроводниковые лазеры. Их интеграция в состав одной платформы является следующим этапом и подразумевает использование полупроводников из III-V групп периодической системы Менделеева. Компания IBM экспериментально подтвердила работу разработанных мультиплексоров на расстоянии до 2 км.

После десятков лет исследований может сложиться ошибочное впечатление, что кремниевая фотоника является очередной несбыточной мечтой, но компании HP, Intel и IBM постоянно демонстрируют, что прогресс в этой области определенно есть. Не стоит ждать «разворачивания» оборудования завтра или в следующем году, но можно с большой уверенностью утверждать, что оптические каналы связи являются весомой частью будущего вычислительных систем, по крайне мере в сегменте дата-центров.

Источник: Extreme Tech


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: