211service.com
Fotonika krzemowa wchodzi na rynek
Fotonika krzemowa – wykorzystująca chipy krzemowe do wysyłania i odbierania sygnałów świetlnych przenoszących dane – obiecuje zrewolucjonizować telekomunikację, ale jak dotąd była w dużej mierze ograniczona do laboratorium. Ale już Luxtera , startup z siedzibą w Carlsbad w Kalifornii, który wywodzi się z California Institute of Technology, ogłosił pierwszy kabel optyczny oparty na tej samej technologii krzemowej, która jest używana do produkcji mikroprocesorów. Firma twierdzi, że kabel o nazwie Blazar może przesyłać przez swoje światłowód 40 gigabitów danych na sekundę, ale będzie kosztował tyle, co dzisiejsze kable optyczne o przepustowości 20 gigabitów na sekundę. Zbudowany przy użyciu standardowego przetwarzania komplementarnego półprzewodnika-tlenku metalu lub CMOS, kabel prawdopodobnie znajdzie swoje pierwsze zastosowanie w centrach danych i klastrach komputerowych.
Fotonika krzemowa: (1) Cienkie linie na powierzchni tego chipa to falowody, kanały wyrzeźbione w krzemie, które kierują światło. (2) Pięć laserów opartych na fosforku indu zamontowanych na matrycy. (3) Badacze Luxtera zmodyfikowali standardowy element sprzętu do testowania półprzewodników, aby mógł on testować zarówno funkcje optyczne, jak i elektryczne. (4) To urządzenie łączy światłowód z chipem krzemowym Luxtera.
To pierwszy na świecie produkt fotoniki CMOS, mówi Cary Gunn, CTO Luxtera. To kulminacja ośmiu lat rozwoju: sześciu w Luxtera, a wcześniej dwóch w Caltech.
Obecnie większość urządzeń fotonicznych, takich jak lasery, modulatory – gadżety kodujące dane na wiązkach światła – i detektory są wykonane z drogich materiałów niekrzemowych, takich jak fosforek indu i niobian litu. Powszechnie wiadomo, że krzem, chociaż doskonale nadaje się do zastosowań elektronicznych, takich jak mikroprocesory i pamięć, nie nadaje się do generowania, modyfikowania lub wykrywania światła. Jednak fotonika krzemowa to szybko rozwijająca się dziedzina dzięki badaniom w firmach i uniwersytetach, takich jak Intel, IBM, University of California, Santa Barbara i Caltech. (Zobacz Intel przyspiesza krzemową fotonikę .)
Klienci, do których początkowo kieruje się Luxtera, to wysokowydajne centra komputerowe i centra danych z szafami serwerów połączonymi w systemy, które rozciągają się w gigantycznych pomieszczeniach i magazynach. Centra te stanowią szkielet nowoczesnej infrastruktury informatycznej i są wykorzystywane przez dostawców usług internetowych, rząd, branżę finansową, naukowców i firmy użyteczności publicznej. A w zdecydowanej większości sprzęt połączony jest okablowaniem miedzianym, które ma ograniczoną przepustowość, która maleje wraz z odległością. Na przykład grube okablowanie miedziane może dostarczyć tylko około 10 gigabitów danych na sekundę na odcinku półtora metra.
Ponieważ miedź, choć stosunkowo niedroga, jest powolna i ogranicza fizyczne rozmieszczenie złożonych systemów obliczeniowych, inżynierowie zaczęli zamiast tego korzystać z kabli światłowodowych, które zapewniają znacznie większą przepustowość i mogą rozciągać się na odległość ponad 300 stóp bez utraty przepustowości danych . Kable optyczne są również cieńsze i znacznie bardziej elastyczne niż miedziane, dzięki czemu pomagają utrzymać niską temperaturę centrów danych: grube kable miedziane mają tendencję do zatrzymywania ciepła i blokowania powietrza chłodzącego z wentylatorów. Ponieważ jednak nadajniki-odbiorniki standardowego kabla optycznego – chipy na jego końcach, które wysyłają i odbierają dane – są wykonane z drogich półprzewodników, sam kabel może być drogi.
Luxtera ma nadzieję, że kable optyczne będą bardziej przystępne cenowo dzięki zastosowaniu krzemu w częściach transceivera. Gunn wyjaśnia, że każdy nadajnik (połowa nadajnika-odbiornika) w nowym kablu zawiera stosunkowo niedrogi, dostępny w sprzedaży laser z fosforku indu. Światło z tego lasera jest dzielone na cztery wiązki, a każda wiązka przechodzi przez modulator wykonany z krzemu. Jak mówi Gunn, sygnał elektryczny jest wysyłany do każdego modulatora, aby umieścić sygnał bezpośrednio na fali świetlnej z szybkością 10 gigabitów danych na sekundę. Następnie inne krzemowe urządzenie fotoniczne, zwane soczewką holograficzną, emituje światło do taniego włókna. Soczewka holograficzna jest litograficznie wyryta na powierzchni chipa i zastępuje szereg soczewek znajdujących się w standardowym kablu optycznym. Po przejściu przez włókno światło zakodowane w danych przechodzi przez inną soczewkę holograficzną i jest kierowane na szereg fotodetektorów opartych na fosforku indu, które przekształcają je z powrotem w sygnał elektryczny. Elektronika zintegrowana z tym samym chipem CMOS, w którym znajdują się urządzenia fotoniczne, wzmacnia i oczyszcza sygnał i wysyła go do odbiornika elektrycznego. Każdy koniec kabla Luxtera Blazar ma chip, który zawiera zarówno nadajnik, jak i odbiornik, mówi Gunn.
Nowy produkt stanowi kolejny logiczny krok w wykorzystaniu fotoniki krzemowej do taniego montażu, mówi Alan Willner , profesor systemów elektrotechnicznych na Uniwersytecie Południowej Kalifornii. Zdolność do łączenia różnych elementów optycznych stanowi jeszcze bardziej przekonujący argument, dlaczego kable optyczne o przepustowości 40 gigabitów na sekundę mogą pokonać miedź, mówi.
A rynek na takie urządzenia jest zdecydowanie dobry – mówi Fred Zieber, prezes Pathfinder Research, firmy zajmującej się analizą technologii. To świetny produkt do takich rzeczy, jak farmy serwerów i kompleksy komputerowe, mówi. A ten rynek szybko się rozwija.
Luxtera być może będzie musiała pokonać przeszkodę bycia startupem, a zatem nie jest dobrze znana i godna zaufania w branży, mówi Zieber. Dodaje jednak, że niezawodność jego produktu może dać firmie przewagę. Nie używają tajemnego materiału i nie łączą ze sobą wielu żetonów, aby to zrobić. Wszystko to powinno zapewnić bardziej wytrzymały pakiet.
Gunn jest przekonany, że kabel znajdzie klientów, a ponieważ chipy nadawczo-odbiorcze są produkowane w większej liczbie, ich koszt może spaść do tego stopnia, że kable optyczne na bazie krzemu mogą nawet konkurować z miedzią – coś, czego kable optyczne bez krzemu nigdy nie zrobią. Gunn zauważa, że wraz ze spadkiem kosztów fotonika krzemowa może wyjść poza zwykłe zapewnianie połączeń między systemami. Patrząc dalej, fotonika krzemowa rozwiąże wąskie gardła w ciągu mówi. Dodaje, że komputery domowe, których obwody wykorzystywałyby fotonikę krzemową zamiast okablowania miedzianego, byłyby szybsze i ograniczałyby zużycie energii do minimum.