Теперь инженеры продемонстрировали, что фотонные устройства малой мощности могут быть изготовлены с использованием стандартных процессов изготовления микросхем. Они достигли того, что исследователи называют важной вехой в фотонных технологиях. Работа будет представлена на конференции и выставке по оптоволоконной связи (OFC) в этом году, которая состоится 9-13 марта в Сан-Франциско.
По словам исследователей, два новых устройства — модулятор и настраиваемый фильтр — столь же энергоэффективны, как и некоторые из лучших устройств в мире, и были созданы с использованием стандартного усовершенствованного процесса IBM для комплементарных металлооксидных полупроводников (CMOS) — тот же процесс изготовления микросхем используется для создания многих имеющихся в продаже микросхем, некоторые из которых используются в Sony Playstation 3, а также в суперкомпьютере Watson, победившем в Jeopardy! в 2011.«Насколько нам известно, мы первые, кто внедрил кремниевую фотонику в усовершенствованный процесс CMOS и добился энергоэффективности, очень конкурентоспособной по сравнению с электроникой», — сказал Марк Уэйд из Университета Колорадо в Боулдере. представить работу своей команды в OFC. Соавторы Уэйда — исследователи из Массачусетского технологического института и Калифорнийского университета в Беркли.Утоление жажды власти
Закон Мура гласит, что количество транзисторов, которые могут уместиться на микросхеме, удваивается каждые два года, что приводит к экспоненциальному росту вычислительной мощности, который мы наблюдаем за последние несколько десятилетий. Но даже когда транзисторы продолжают сжиматься, закон Мура может достигать своих пределов из-за того, что устройствам требуется больше энергии для работы, что приводит к перегреву.
Такая жажда власти особенно проблематична для канала связи между центральным процессором компьютера и его памятью.«Дело дошло до того, что требуется слишком много энергии, что ограничивает ваши вычислительные мощности», — сказал Уэйд.Решение этой проблемы может лежать в фотонике, которая, по прогнозам исследователей, будет по крайней мере в 10 раз более энергоэффективной, чем электроника.
Каналы связи между кристаллами, использующие эти фотонные устройства, могут иметь как минимум в 10 раз более высокую плотность полосы пропускания, что означает, что они могут передавать гораздо больше информации, используя меньший объем пространства. Это связано с тем, что разные оптические сигналы могут использовать один и тот же оптический провод, тогда как для отправки нескольких электрических сигналов требуется несколько электронных проводов или схемы, требующие большего пространства на кристалле и энергии.Но до сих пор, объясняет Уэйд, фотонные устройства, используемые для межкристальной связи, в основном создавались на заказ с использованием специальных методов, что ограничивало их коммерческую применимость.
А устройства, созданные с использованием более стандартизированных технологий, полагаются на более старые технологии, что ограничивает их способность конкурировать с передовой электроникой.На пути к коммерциализации
Возможность производить высокопроизводительные фотонные устройства с использованием процесса CMOS означает, что разработчикам микросхем не нужно быть специалистами для разработки фотонных устройств, объяснил Уэйд, что, как мы надеемся, ускорит коммерциализацию фотонных технологий.«Технология CMOS IBM уже доказала, что позволяет производить высококачественную микроэлектронику», — сказал Уэйд.
Работа была частью проекта Photonically Optimized Embedded Microprocessors (POEM) Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США.Два устройства, построенные исследователями, являются ключевыми компонентами канала связи между центральным процессором компьютера и его памятью.
Модулятор преобразует электрические сигналы в оптические. Настраиваемый фильтр может выделять световые сигналы определенных частот, что позволяет ему выбирать сигнал из нескольких частот, каждая из которых несет данные. Используемый вместе с фотодетектором, фильтр преобразует оптические сигналы в электрические.
Но, по словам Уэйда, значение этого продвижения выходит за рамки этого конкретного приложения.«Это действительно хороший первый шаг для кремниевой фотоники, который захватит некоторые области технологии, в которых действительно преобладает электроника, и приступит к созданию сложных электронных / фотонных систем, требующих плотной интеграции», — сказал Уэйд.