Křemíková fotonika je jednou z nejslibnějších oblastí v elektronice, která slibuje výrazné snížení spotřeby energie a zvýšení šířku pásma. Tato technologie umožňuje postavit elektrooptické čipy na jediném křemíkovém čipu, což umožňuje jednotlivým čipům komunikovat spíše prostřednictvím optických než elektrických signálů. IBM trvalo asi 12 let, než vytvořilo první funkční hybridní čip. Zvýšený výkon systémů s takovými čipy umožňuje vytvářet mnohem výkonnější superpočítače, než jaké jsou v současné době v provozu.
Použití světelných impulzů místo elektrických impulzů tedy umožňuje rychlý přenos velmi velkého množství informací jak v rámci jednoho čipu, tak mezi různými částmi elektronického výpočetního systému. Dříve se společnosti podařilo vytvořit fotonický transceiver, který zajišťoval funkci multiplexování kanálů podle vlnové délky světla. Nyní se společnosti podařilo umístit čipy vyrobené technologií křemíkové fotoniky přímo na modul procesoru. 
Bert Offrein, vedoucí skupiny fotoniky v IBM Research - Zurich, spolu s kolegy z Evropy, USA a Japonska navrhuje považovat čipy vyrobené technologií křemíkové fotoniky za srovnatelné s konvenčními křemíkovými procesory. Technologie výroby takových čipů je nabízena i jako hybridní. Tým předvedl efektivní fungování hybridního čipu, což naznačuje možný průlom v technologii křemíkové fotoniky. Současné návrhy typicky zahrnují použití optického transceiveru na okraji desky. Ale to není řešení, protože transceiver je umístěn dostatečně daleko od procesoru a výkon systému je výrazně snížen.
Modré čáry jsou optická vlákna, která přenášejí informace ve formě světelných pulzů. Oranžovo-žluté struktury jsou měděné vodiče, kterými procházejí vysokorychlostní elektrické signály. Vývojářům se podařilo integrovat oba typy vodičů na jeden čip.
Vývoj hybridních čipů umožňuje dosáhnout mnohonásobného zvýšení výkonu celého systému, kde jsou takové čipy použity. Vývojovému týmu se podařilo vyvinout metodu spojování polymerových a silikonových světlovodů, a to navzdory skutečnosti, že velikosti takových struktur jsou velmi odlišné.
Počítačové systémy s hybridními čipy tohoto typu bude možné pracovat s obrovským množstvím dat, což umožní analytické výpočty, zpracování dat v řádu sekund. Kognitivní počítačové supersystémy mohou pomoci posunout technologii a vědu na novou úroveň. Ale specialisté mají ještě hodně práce, než to všechno bude možné.
Optické spoje se dnes používají především na úrovni zařízení nebo v optických sítích. Jejich hlavní součásti a principy fungování jsou popsány v jedné z předchozích. Existují však tři další kategorie propojení – komunikace mezi deskami, čipy a čipy – u nichž hlavní problém při implementaci optických propojení spočívá v potřebě kombinovat optické a elektronické funkce na společném polovodičový substrát. Tento problém může vyřešit křemíková fotonika, která používá materiály na bázi křemíku k generování, přenosu, řízení a detekci světla.
Důvody
Zájem o rozvoj optických komunikačních kanálů na úrovni desky vyvolalo vytvoření blade serverů. Zřejmým cílem optické technologie je zde základní deska. Typicky podporuje vysokorychlostní připojení typu point-to-point nebo multipoint s typickými délkami až 1 m. Mezi klíčové výhody optických propojovacích panelů patří nízké přeslechy a velká šířka pásma. Mnohé z dnešních optických propojovacích panelů jsou však spíše propojovacími panely. Předvedli řadu optických technologií, včetně polymerních křemíkových vláken, páskových vláken integrovaných s lasery emitujícími povrch s vertikální dutinou (VCSEL), planárních vlákenných řetězců a fotodiod. Ale žádný z nich, s výjimkou některých specializovaných aplikací, nenahradil měděné spoje.
Je těžké předvídat, zda se závody s taktovací frekvencí v procesorovém průmyslu zastaví, protože extrapolací z Moorova zákona můžeme do konce roku 2010 očekávat výskyt čipů s taktovací frekvencí asi 10 GHz. I na stávajících frekvencích je však stále obtížnější zajistit potřebnou šířku pásma desky plošných spojů nebo moduly založené na měděných přípojnicích. Bylo prokázáno, že ztráta na měděných deskách plošných spojů FR-4 (Flame Resistance 4) rychle narůstá při frekvencích nad 1 GHz, přičemž se poměr signálu k šumu zhoršuje a dochází k chybám v časování. Přeslechy navíc omezují hustotu vedení. Vysokorychlostní optické kanály o délce až 10 cm mezi mikroobvody mají oproti měděným řadu výhod. Mají nižší ztráty s větší šířkou pásma a nepodléhají elektromagnetickému přeslechu. V posledních 20 letech byly navrženy optické technologie k překonání omezení měděných kabeláží, ale relativně vysoká cena a použití exotických materiálů je učinily nevhodnými pro velkosériovou výrobu.
Navrhování elektrických spojení v rámci integrovaných obvodů pracujících na multigigahertzových frekvencích je také stále složitější. V takové situaci se optické kanály s typickou délkou menší než 1 cm stávají potenciálně atraktivními. K tomu přispívají následující důvody:
- zkrácení doby zpoždění ve srovnání s použitím měděných vodičů;
- velká šířka pásma, která neomezuje růst hodinové frekvence tranzistory;
- snížená spotřeba energie;
- necitlivost na elektromagnetické rušení.
Dnes jsou však snahy o integraci optiky a elektroniky nejen v rané fázi, ale ve srovnání s tradičními technologiemi na bázi mědi jsou také poměrně drahé.
V této oblasti provádí velmi intenzivní výzkum Intel, jehož přístup k řešení problému je založen na křemíkové fotonice. Hlavními stavebními kameny navrhované integrované platformy jsou zde laditelný externí kavitový laser (ECL), křemíkový modulátor, křemíkový-germaniový fotodetektor a nízkonákladová propojovací technologie.
Silikonové světelné zdroje
Přestože lasery na bázi křemíku ještě nejsou dosažitelné, práce na takových světelných zdrojích vyzařujících ve viditelném a infračerveném pásmu probíhají široce po celém světě. Křemíkové zdroje jsou jednou z organických částí pro monolitickou integraci, protože umožňují výrobu jak optických prvků, tak řídicí elektroniky na jediném substrátu. Při použití křemíkových světlovodů by záření mělo být v infračervené oblasti s vlnovou délkou větší než 1,1 mikronu, protože právě v tomto okně jsou ztráty minimální.
V současné době probíhá většina výzkumů ve směru využití efektu elektroluminiscence – záření získaného jako výsledek elektrického čerpání. Dokud nebudou získány spolehlivé a účinné křemíkové zářiče, zvažuje se možnost hybridní integrace, tj. použití nekřemíkových světelných zdrojů napojených na křemíkové světlovody.
Obtížnost při výrobě křemíkových světelných zdrojů je způsobena přítomností zakázaného pásu s nepřímými přechody. To vede k tomu, že pravděpodobnost nezářivých přechodů (zejména Augerovy rekombinace) je vyšší než u přechodů s emisí světla.
Pro získání infračerveného záření je třeba do křemíku zavést vhodné nečistoty, jako je erbium. Křemíkové světlovody dopované erbiem emitují v infračervené oblasti, pokud jsou navíc dopovány kyslíkem za vzniku opticky aktivních iontů v mřížce. nicméně tenhle typ zařízení má podstatnou nevýhodu: ačkoli je intenzita záření při 100° K poměrně vysoká, při pokojových teplotách prudce klesá.
Dalším způsobem, jak zvýšit účinnost světelného výkonu v křemíku, je snížit počet nezářivých přechodů během rekombinace elektron-díra. Toho je dosaženo snížením difúze přenašečů do neradiačních rekombinačních center v mřížce, což zvyšuje pravděpodobnost přechodů emitujících světlo. Jedna metoda takového omezení, kompatibilní s technologií VLSI, je založena na použití nanokrystalů. Další prostředky zahrnují použití kvantových vrtů v GeSi nebo defektech krystalové mřížky.
Nečistoty jiné než erbium mohou být zahrnuty pro produkci záření o jiných vlnových délkách. Například terbium poskytuje záření o vlnových délkách 0,98 a 0,54 mikronů. Životnost a spolehlivost takových zařízení jsou však pro praktické použití příliš nízké.
Dalším omezením pro všechny typy křemíkových světelných zdrojů se stejnosměrným proudem je nízká rychlost přímé modulace - cca 1 MHz. To znamená, že k vytvoření vysokorychlostních kanálů vyžadují externí modulátory.
Architektura zařízení
Práce na vytváření křemíkových světelných zdrojů pokračují, ale ještě zdaleka nejsou dokončeny. A dokud se neobjeví spolehlivý a účinný křemíkový světelný zdroj, budou integrované fotonické systémy vyžadovat tradiční materiály skupin III-V periodické tabulky.
V návaznosti na Intel uvádíme příklad, jak lze externí dutinový laser a křemíkový světlovod s Braggovou mřížkou použít jako filtr pro světlo skupiny III-V generované krystalem, aby se získala požadovaná vlnová délka pro optickou komunikaci. Silný termo-optický efekt v křemíku lze využít k vyladění generované vlny.
Braggova mřížka byla vyrobena vyleptáním řady drážek 1,2 × 2,3 × 3,4 μm na destičku křemíku na izolátoru (SOI). Poté, po příslušném zpracování, jehož detaily pomineme, byla Braggova mřížka umístěna do světlovodu. ELC bylo postaveno připojením světlovodu obsahujícího Braggovu mřížku k čipu zesilovače. Rezonátor byl vytvořen mezi Braggovou mřížkou, sloužící na jedné straně jako zrcadlo, a čipem zesilovače s 90% reflexním povlakem, tvořícím zrcadlo na opačné straně. Světlovod s Braggovou mřížkou byl připojen k čipu zesilovače pod úhlem 8°, což spolu s nereflexní vrstvou snížilo efektivní odrazivost obličeje na 10-5. Generovaný paprsek vystupoval ze strany laserové diody, na které byl nanesen 90% reflexní povlak, a vstupoval do kužele jednovidového optického vlákna s čočkou (obr. 1). Čočka sloužila ke zvýšení vazby mezi optickým vláknem a laserem. Pro lepší pochopení principu činnosti laseru s vnější dutinou využívající Braggovu mřížku uvádíme jeho schéma pomocí tradičnějších součástek (obr. 2).
Silikonové modulátory
Výše jsme tedy popsali laditelný laser založený na komplexní polovodičové diodě skupin III-V a křemíkové Braggově mřížce. Výstup laseru však vytváří spojitou vlnu, která nenese informaci. Pro přenos dat přes optické komunikační kanály je nutný optický modulátor. Taková zařízení s modulační frekvencí nad 1 GHz byla typicky vyrobena buď z feroelektrických krystalů niobátu lithného (LiNbO3) nebo z komplexních polovodičů s více kvantovými jamkami, které využívají lokalizovaný Starkův jev (rozdělení spektrálních čar atomu pod vlivem vnějšího elektrického pole) nebo elektroabsorpční efekt . Modulační frekvence v těchto zařízeních dosahuje 40 GHz.
Tržní poptávka po levných řešeních podnítila vývoj modulátorů na bázi křemíku. Křemíková fotonika navíc umožňuje získat monolitické integrované optické prvky založené na technologii CMOS.
Optické modulátory na bázi křemíku byly navrženy a demonstrovány mnoha výzkumnými centry. Uvádíme zde experimentální verzi zařízení založeného na Mach-Zehnderově interferometru (MZI). Díky originálnímu vývoji obvodu s fázovým posunem na bázi MOS kondenzátoru zabudovaného do pasivního křemíkového vlnovodu MZI lze dosáhnout modulační frekvence 2,5 GHz pro vlnovou délku 1,55 µm.
Schematické znázornění MCI je znázorněno na Obr. 3. Přicházející světlo je rozděleno na dvě stejné části a směrováno do dvou ramen interferometru. Každý z nich může obsahovat aktivní sekci, která pomocí přivedeného napětí mírně mění rychlost šíření světla v rameni. Díky tomu se na výstupu získá fázový posun paprsků, což vlivem interference vede ke kolísání intenzity ve výsledném paprsku.
Silikonové fotodetektory
Poslední aktivní komponentou, která musí být integrována do celokřemíkové optické platformy, je fotodetektor. Křemíkové fotodetektory jsou již široce používány pro aplikace využívající viditelný rozsah světla (0,4-0,7 μm), např. digitální fotoaparáty a skenery, kvůli jeho vysoké účinnosti pro tyto vlnové délky. Většina polovodičových laserů používaných v komunikacích však pracuje v blízké infračervené oblasti, typicky 850, 1310 a 1550 nm, což je rozsah, ve kterém je křemík průhledný a špatný detektor. Nejběžnějším způsobem, jak zvýšit výstupní proud křemíkových fotodetektorů, je přidání germania, které snižuje bandgap a zvyšuje vlnovou délku detekovaného světla.
Na Obr. Obrázek 4 ukazuje průřez fotodetektorem založeným na SiGe světlovodech vyvinutých společností Intel. Je vyroben na stejné platformě SOI jako dříve diskutovaný modulátor. Vrstva SiGe je umístěna na vrchní části silikonové kuličky světlovodu.
První verze detektoru používala 18 kvantových jamek na bázi Si0,5Ge0,5 jako materiálu pohlcujícího světlo. Citlivost u některých zařízení dosahovala 0,1 A/V při vlnové délce světla 1316 nm. Vývojáři věří, že s určitými vylepšeními lze citlivost zvýšit až na 0,5 A/V. Šířka pásma byla pod 500 MHz kvůli výraznému posunu valenčního pásma, které bránilo transportu děr. Předpokládá se však, že tento nedostatek lze napravit změnou složení filmu. Simulace ukazují, že propustnost může dosáhnout 10 Gbps.
Výzkum v oblasti planární optiky na bázi křemíku probíhá v mnoha laboratořích po celém světě již několik desetiletí, ale průmyslové vzorky dosud nebyly získány. V poslední době však došlo k výraznému pokroku v pochopení současných problémů a možné způsoby jejich rozhodnutí.
Kvantové studny
Kvantová studna je potenciální studna, která omezuje pohyb částic. Když se do něj dostanou částice, které se dříve volně pohybovaly v trojrozměrném prostoru, mohou se pohybovat pouze v ploché oblasti, v podstatě dvourozměrné. Účinek omezení pohybu se objeví, když se velikost kvantové jámy stane srovnatelnou s de Broglieho vlnovou délkou nosičů (obvykle elektrony nebo díry). Uvažujme na kvalitativní úrovni, jak vzniká kvantová studna.
Jak je známo, v souladu s teorií pásem se energetické spektrum polovodiče skládá ze tří pásem (odspodu nahoru): valenční pásmo, pásmová mezera a vodivostní pásmo. Pokud je tenká vrstva polovodiče s úzkou mezerou umístěna mezi dvě vrstvy polovodičů s velkou mezerou, pak elektrony ve vodivém pásmu střední tenké vrstvy, které mají energii nižší než energetická hladina širokých mezer sousedních polovodičů, budou nemohou proniknout potenciální bariérou, kterou tvoří. Dvě heteropřechody tedy omezují pohyb elektronů na obou stranách, tj. elektrony jsou uzamčeny v jednom směru. Můžeme říci, že pohyb elektronového plynu v kvantové jámě se stává dvourozměrným.
Uplynulý rok 2007 byl velmi úspěšný pro vývoj mnoha technologií Intel, včetně oblasti křemíkové fotoniky. Časopis MIT Technology Review přirovnal nejnovější průlomové úspěchy Intelu v této oblasti k trojnásobnému vítězství v závodech – takto hodnotili pozorovatelé přední publikace sérii oficiálních oznámení korporace.
Podle Justina Rattnera, technologického ředitele a šéfa Corporate Technology Group společnosti Intel, „Empiricky jsme prokázali, že výrobní technologie kompatibilní s křemíkovým designem CMOS umožňují vytváření polovodičových optických zařízení. Prokázat tuto skutečnost bylo obrovským úspěchem, ale pro další rozvoj tohoto technologického směru jsou potřeba neméně významné kroky. Nyní se musíme naučit, jak integrovat křemíková fotonická zařízení do standardních počítačových komponent; Stále nevíme, jak to udělat. Zároveň ale pokračujeme v aktivní spolupráci s divizemi zapojenými do vývoje různých typů produktů, abychom výrobcům nabídli modely pro použití polovodičové fotoniky v řešeních Intel.“
Výzkumníci z Intelu vyvinuli první polovodičový čip na světě schopný produkovat vysoce kvalitní kontinuální laserové paprsky. Osm laserů je integrováno do jednoho křemíkového čipu.
Křemíková fotonika jako prostředek k odstranění úzkých míst na cestě do éry tera computingu
Nejdůležitější je křemíková fotonika komponent Dlouhodobá strategie rozvoje Corporate Technology Group zaměřená na urychlení přechodu na tera-computing. Jde o to, že jak se vyvíjíme vícejádrové procesory S obrovským výpočetním výkonem čelí inženýři novým výzvám. Například požadavek na rychlost komunikace mezi pamětí a procesorem brzy překročí fyzická omezení měděných vodičů a přenosová rychlost elektrických signálů bude nižší než rychlost procesoru. Již dnes je výkon výkonných výpočetních systémů často limitován rychlostí výměny dat mezi procesorem a pamětí. Dnešní technologie přenosu dat jsou navrženy pro mnohem menší šířku pásma ve srovnání s fotonikou a s rostoucí vzdáleností, na kterou jsou data přenášena, se přenosová rychlost ještě zpomaluje.
„Je potřeba dát rychlost přenosu dat mezi komponenty výpočetní platformy do souladu s rychlostí procesorů. To je skutečně velmi důležitý úkol. Vidíme křemíkovou fotoniku jako řešení tohoto problému a provádíme výzkumný program, který nás staví do popředí v této oblasti,“ řekl významný výzkumný inženýr společnosti Intel Kevin Kahn.
Testy prototypu optického paměťového modulu ukázaly, že pro přístup k paměti serveru lze použít spíše světlo než elektřinu.
Tým vedený předním výzkumníkem v oblasti optiky společnosti Intel, Drewem Alduinem, vyvíjí optický komunikační systém mezi procesorem a pamětí. platformy Intel. Již byla vytvořena testovací platforma založená na plně vyrovnávací paměti FB-DIMM, na které se načítá a běží Microsoft Windows. Aktuální prototyp je důkazem schopnosti propojit paměť s procesorem pomocí optických komunikačních linek, aniž by došlo ke snížení výkonu systému.
Vytvoření komerční verze takového řešení má pro uživatele obrovské výhody. Optické komunikační systémy odstraní úzké místo mezi šířkou pásma paměti a rychlostí procesoru a zlepší celkový výkon výpočetní platformy.
Od výzkumu k realizaci
Laboratoř Photonics Technology Lab, kterou vede významný výzkumný inženýr Intel Mario Paniccia, prokázala, že všechny optické komunikační komponenty – laser, modulátor a demodulátor – lze vyrobit z polovodičů pomocí stávajících výrobních technologií. Společnost PTL již prokázala kritické křemíkové fotonické komponenty fungující s rekordním výkonem, včetně modulátorů a demodulátorů, které poskytují přenosovou rychlost až 40 Gbps.
K implementaci technologie polovodičové fotoniky je zapotřebí šest hlavních komponent:
- fotony emitující laser;
- modulátor pro konverzi proudu fotonů na proud informací pro přenos mezi prvky výpočetní platformy;
- vlnovody, které fungují jako „přenosové vedení“ pro doručování fotonů na místo určení, a multiplexory pro kombinování nebo oddělení světelných signálů;
- pouzdro, nezbytné zejména pro vytváření montážních technologií a nízkonákladových řešení využitelných v hromadné výrobě PC;
- demodulátor pro příjem proudů fotonů nesoucích informace a jejich přeměnu zpět na proud elektronů dostupných pro zpracování počítačem;
- elektronické obvody pro ovládání těchto součástí.
%%%
Problematika implementace všech těchto optických komunikačních komponent pomocí polovodičových technologií je široce uznávána jako velký výzkumný problém, jehož řešení povede k obrovskému technickému průlomu. Společnost PTL již vytvořila řadu světových rekordů vývojem vysoce výkonných zařízení, modulátorů, zesilovačů a demodulátorů, které poskytují přenosovou rychlost až 40 Gbps. Během příštích pěti let se Intel bude snažit integrovat tyto komponenty do skutečných produktů.
Jednou z klíčových součástí křemíkové fotoniky je modulátor, který poskytuje přenosové rychlosti až 40 Gbit/s.
V oblasti polovodičové fotoniky již Intel vstoupil na domácí trh. Výzkum v oblasti integrace optických prvků již přešel z fáze vědeckého či technologického vývoje do fáze vytváření komerčních produktů. Výzkumný tým se nyní zaměřuje na identifikaci schopností a specifikací pro navrhování inovativních produktů založených na této revoluční technologii. Týmy Intel nakonec vytvářejí prototypy a úzce spolupracují s týmy pro vývoj produktů, aby urychlily přijetí nová technologie.
Kromě vlastních aktivit financuje Intel některé z nejslibnějších výzkumů v této oblasti mimo CTG – konkrétně spolupracuje s Kalifornskou univerzitou v Santa Barbaře, která vyvíjí hybridní polovodičový laser. V laboratoři PTL absolvují stáže i talentovaní absolventi různých univerzit z jiných zemí.
Richard Jones, přední výzkumný pracovník společnosti Intel v oblasti optiky, řekl: „V současném projektu hybridního polovodičového laseru čelíme dvěma velkým výzvám. Nejprve musíme přesunout pilotní výrobu hybridního laseru z Kalifornské univerzity do závodu Intel. Za druhé, musíme zkombinovat hybridní laser, vysokorychlostní polovodičový modulátor a multiplexer, abychom dokázali, že dokážeme vytvořit jediný optický vysílač založený na produkční technologie Kompatibilní s CMOS."
Zavedení technologií křemíkové fotoniky bude zahrnovat vývoj nových výrobních postupů pro výrobu laserů ve velkoobjemovém měřítku. Úspěchy Intelu na poli fotoniky mu umožní výrazně překonat potenciální konkurenty. PTL Laboratory již zaregistrovalo asi 150 patentů. Nejprestižnější publikace, jako je Nature, zaznamenaly bezprecedentní úspěchy specialistů Intel. Společnost Intel navíc získala v roce 2007 cenu EE Times ACE Award za nejslibnější novou technologii.
Pronásledování fotonů
Na rozdíl od stávajících zaběhlých a desetiletími ověřených postupů výroby tranzistorů je technologie vytváření prvků pro polovodičovou fotoniku zcela nová. Na cestě k jeho implementaci jsou určité problémy: optimalizace zařízení, zvýšení spolehlivosti návrhu, vývoj testovací metodiky, zajištění energetické účinnosti a vývoj subminiaturních zařízení.
Testovací stolice pro 40gigabitový křemíkový laserový modulátor
Jedním z nejdůležitějších problémů je optimalizace, protože laboratoř PTL vyvíjí optická zařízení pro hromadné výpočty. I když neexistují žádné jiné podobné produkty, normy nebo jiné referenční body, inženýři vyvíjející nový technologický postup sami hledají řešení, která nejlépe vyhovují potřebám počítačových aplikací.
V současné době skupina výzkumníků z laboratoře PTL, relativně malá podle standardů fotoelektroniky, postupně přechází na komercializaci řešení polovodičové fotoniky a očekává, že masové přijetí této neuvěřitelné technologie by mohlo začít již v roce 2010. Skupina specialistů na optiku z Digital Enterprise Group (DEG) pod vedením Victora Krutula vyvíjí aplikace, které poskytnou základnu pro vývoj nové technologie. „Věříme, že zvládnutím optické komunikace budou produkty Intel i nadále splňovat Mooreův zákon,“ říká Krutal.
Při přenosu informací mezi komponentami stejné výpočetní platformy a mezi nimi různé systémy ne elektrony, ale fotony, dojde k další počítačové revoluci. Do tohoto závodu se již zapojili přední výrobci elektroniky po celém světě, kteří se snaží získat konkurenční výhodu. Význam nové technologie lze přirovnat k vynálezu integrovaných obvodů. Intel je v tomto výzkumu a vývoji polovodičových součástek na bázi fotoniky průkopníkem.
65 nanometrů je dalším cílem zelenogradského závodu Angstrem-T, který bude stát 300-350 milionů eur. Společnost již podala žádost o zvýhodněný úvěr na modernizaci výrobních technologií u Vnesheconombank (VEB), informovaly tento týden Vedomosti s odvoláním na předsedu představenstva závodu Leonida Reimana. Nyní Angstrem-T připravuje spuštění výrobní linky pro mikroobvody s 90nm topologií. Platby předchozí půjčky VEB, za kterou byla zakoupena, začnou v polovině roku 2017.
Peking zřítil Wall Street
Klíčové americké indexy zaznamenaly první dny nového roku rekordním poklesem, miliardář George Soros už varoval, že svět čelí opakování krize z roku 2008.
První ruský spotřebitelský procesor Baikal-T1 s cenou 60 dolarů je uveden do sériové výroby
Společnost Baikal Electronics slibuje, že začátkem roku 2016 uvede do průmyslové výroby ruský procesor Baikal-T1 v ceně asi 60 dolarů. Po zařízeních bude poptávka, pokud vláda tuto poptávku vytvoří, říkají účastníci trhu.
MTS a Ericsson budou společně vyvíjet a implementovat 5G v Rusku
Mobile TeleSystems PJSC a Ericsson uzavřely smlouvy o spolupráci při vývoji a implementaci technologie 5G v Rusku. V pilotních projektech, včetně během mistrovství světa 2018, hodlá MTS otestovat vývoj švédského dodavatele. Začátkem příštího roku zahájí operátor dialog s Ministerstvem telekomunikací a masových komunikací o tvorbě technických požadavků pro pátou generaci mobilních komunikací.
Sergey Chemezov: Rostec je již jednou z deseti největších strojírenských korporací na světě
Šéf Rostecu Sergej Chemezov v rozhovoru pro RBC odpověděl na naléhavé otázky: o systému Platon, problémech a vyhlídkách AVTOVAZ, zájmech státní korporace ve farmaceutickém byznysu, hovořil o mezinárodní spolupráci v souvislosti se sankcemi tlak, substituce dovozu, reorganizace, strategie rozvoje a nové příležitosti v těžkých časech.
Rostec se „šermuje“ a zasahuje do vavřínů společností Samsung a General Electric
Dozorčí rada Rostecu schválila „Strategii rozvoje do roku 2025“. Hlavními cíli je zvýšit podíl high-tech civilních produktů a dohnat General Electric a Samsung v klíčových finančních ukazatelích.
Je možné, že jednoho dne bude možné pomocí křemíkové fotoniky celé obrovské datové centrum proměnit v jediný hyperškálovatelný počítač, a pokud vezmeme v úvahu úspěchy dosažené v té době na poli umělé inteligence, není těžké si něco představit jako Oceán na Solaris, popsaný Stanislavem Lemem. Současné servery a datová centra mezitím připomínají PC svým stavem před příchodem SATA a USB: uvnitř jsou nepohodlné ploché kabely, venku sériové a paralelní porty pro myš, klávesnici a reproduktory. Ale již v roce 2025 se obraz změní: vše bude sjednoceno a propojeno optickým vláknem, což poskytne kvalitativně odlišný přístup k řadě úkolů, zejména ke škálování a vysoce výkonnému počítání. A to vše bude možné díky pokrokům v křemíkové fotonice.
Křemíková fotonika je synergie dvou skupin technologií – elektroniky a optiky, která umožňuje zásadně změnit systém přenosu dat na vzdálenosti od milimetrů až po tisíce kilometrů. Z hlediska významu je výsledek zavedení křemíkové fotoniky srovnáván s vynálezem polovodičů, protože jeho implementace umožňuje po mnoho let zachovat účinek Moorova zákona, který tvoří základ pro rozvoj informačních a komunikačních technologií. .
Těm, kteří se zajímají o základní principy této oblasti, můžeme doporučit populárně vědeckou knihu „Silicon Photonics: Fueling the Next Information Revolution“ (Daryl Inniss, Roy Rubenstein „Silicon Photonics: Fueling the Next Information Revolution“), vydanou v r. 2017. Vážnějšími úvody do křemíkové fotoniky jsou kniha „Silicon Photonics III: Systems and Applications“ od skupiny autorů a „Silicon Photonics: An Introduction“ (Graham T. Reed, Andrew P. Knights). Na webu Mellanox je k tomuto tématu také několik užitečných materiálů.
Jak to funguje
Pokud se omezíme na praktické aplikace na výpočetní techniku, pak lze stejně jako v případě elektroniky nechat stranou optiku a fyziku pevných látek. K pochopení na systémové úrovni stačí ty nejpovrchnější informace o předmětu. Zdálo by se, že vše je zřejmé: sekvence elektrických signálů je vysílačem T převedena na sekvenci optických signálů. Po kabelu putuje k přijímači R, který je vrací do elektrické podoby. Jako zdroje světla lze použít několik typů laserů a pro přenos lze použít jedno- nebo multimodální kabely.
Ale neměli bychom zapomínat na vědeckou a inženýrskou složitost problémů, které vznikají při implementaci principů křemíkové fotoniky. Lze soudit podle toho, že první experimentální práce v tomto směru se datují do poloviny 80. let dvacátého století, pokusy o komerční rozvoj byly provedeny na počátku 20. století a první komerční výsledky byly získány až po roce 2016. Čtyřicet let... Navzdory tomu, že praktické využití optických komunikací začalo v polovině šedesátých let a experimentální práce - mnohem dříve.
Jádrem problému materiálů na bázi křemíku je jejich neschopnost pracovat na stejných frekvencích, jaké se používají ve vláknové optice, a použití alternativních materiálů je z ekonomických důvodů prakticky nemožné. Do stávajících technologií výroby polovodičů byly vynaloženy obrovské investice. Pro implementaci principů křemíkové fotoniky je třeba je přizpůsobit stávajícím technologiím. Řešením může být začlenění miniaturních přijímačů a vysílačů do mikroobvodů a umístění příslušných vlnovodů mezi ně. Jedná se o nejobtížnější inženýrsko-technický úkol, který byl od roku 2017 vyřešen.
Intel to dokázal dříve než ostatní – korporace již své produkty nabídla na trh. Brzy bychom se měli dočkat oznámení od IBM, následovat budou Mellanox, Broadcom, Ciena, Juniper a řada dalších velkých společností. Zároveň se skupují startupy, které dosáhly úspěchu. Proces začal, ale ne rychle. Potíže jsou způsobeny skutečností, že vytváření nových produktů vyžaduje značné finanční prostředky a čas, což přináší výhody největším prodejcům.
Čtyři úrovně komunikace
Technologie křemíkové fotoniky již dnes umožňují vytvořit 100 Gbit Ethernet a v dohledné době 400 Gbit a 1 Tbit. Taková rychlost výměny dat otevírá příležitosti pro konvergenci moderní architektury do kvalitativně nových - na úrovni racku RSA (Rack-Scale Architecture) a na úrovni datového centra ESSA (Extended-scale system architecture). Limit prvního je omezen na tzv. pod (jeden nebo více racků), druhý pokrývá celé datové centrum. Komponenty těchto infrastruktur komunikují na dálku prostřednictvím sběrnice PCIe (sběrnice PCIe se propojuje na dálku).
Pomocí křemíkové fotoniky je vytvořen hierarchický komunikační systém rozdělený do 4 úrovní:
Úroveň 1 "Chip": Implementace technologií křemíkové fotoniky uvnitř čipu je zajímavá z několika důvodů:
- Čipů je podstatně více než racků, proto je potřeba přijímačů a vysílačů velká a tyto technologie se budou rychle vyvíjet.
- Rychlost komunikace mimo čip se výrazně zvýší, takže principy návrhu systému se mohou výrazně změnit.
- Z dlouhodobého hlediska si lze představit, že optickou komunikaci lze využít mezi součástmi čipu, například pro výměnu mezi jádry. Ale na tak krátké vzdálenosti si měď udrží svou pozici po dlouhou dobu.
