Silikon fotonikasi elektrotexnikaning eng istiqbolli sohalaridan biri bo'lib, u energiya sarfini sezilarli darajada kamaytiradi va tarmoqli kengligini oshiradi. Bu texnologiya bitta chipli kristalda elektro-optik mikrosxemalar yaratishga imkon beradi, bu esa individual chiplarning elektr signallari orqali emas, balki optik orqali aloqa qilishiga imkon beradi. IBMga birinchi ishlaydigan gibrid chipni yaratish uchun 12 yil kerak bo'ldi. Bunday mikrosxemalarga ega tizimlarning ish faoliyatini yaxshilash hozirda ishlayotganlarga qaraganda ancha kuchli superkompyuterlarni yaratishga imkon beradi.
Shunday qilib, elektr impulslari o'rniga yorug'lik pulslaridan foydalanish bitta chip ichida ham, elektron hisoblash tizimining turli qismlari o'rtasida ham juda katta hajmdagi ma'lumotlarni tez o'tkazish imkonini beradi. Avvalroq, korporatsiya yorug'lik to'lqin uzunligi bo'ylab kanallarni ko'paytirish funktsiyasini ta'minlaydigan fotonik qabul qilgichni yaratishga muvaffaq bo'ldi. Endi kompaniya silikon fotonik chiplarini to'g'ridan -to'g'ri protsessor moduliga joylashtira oldi. 
IBM Research - Tsyurix bo'limining fotonika guruhi boshlig'i Bert Offreyn, Evropa, AQSh va Yaponiyadagi hamkasblari bilan birgalikda, silikon fotonik texnologiyasi yordamida tayyorlangan chiplarni an'anaviy silikon protsessorlari bilan bir xilda ko'rib chiqishni taklif qiladi. Bunday chiplarni ishlab chiqarish uchun gibrid texnologiya ham taklif qilingan. Jamoa gibrid chipning samarali ishlashini namoyish etdi, bu silikon fotonik texnologiyasida mumkin bo'lgan yutuqlarni ko'rsatadi. Hozirgi o'zgarishlar odatda taxtaning chetida optik qabul qilgichdan foydalanishni o'z ichiga oladi. Ammo bu variant emas, chunki qabul qilgich protsessordan etarlicha uzoqda joylashgan va tizimning ishlashi sezilarli darajada pasaygan.
Moviy chiziqlar optik tolalar bo'lib, ular ma'lumotni yorug'lik pulslari shaklida uzatadi. To'q sariq-sariq konstruktsiyalar mis o'tkazgichlar bo'lib, ular yuqori tezlikdagi elektr signallarini uzatadi. Ishlab chiquvchilar ikkala turdagi o'tkazgichlarni bitta chipga birlashtirishga muvaffaq bo'lishdi.
Gibrid mikrosxemalarning rivojlanishi, bunday chiplar ishlatiladigan butun tizimning ish faoliyatini ko'p marotaba oshirishga imkon beradi. Rivojlanish guruhi polimer va kremniy tolalarini ulash usulini ishlab chiqishga muvaffaq bo'ldi, garchi bunday tuzilmalarning o'lchamlari juda boshqacha.
Bu turdagi gibrid chiplarga ega kompyuter tizimlari katta hajmdagi ma'lumotlar bilan ishlash uchun ishlatiladi, bu esa analitik hisob -kitoblarga, ma'lumotlarni bir necha soniya ichida qayta ishlashga imkon beradi. Kognitiv hisoblashning yuqori tizimlari texnologiya va fanni yangi bosqichga ko'tarishga yordam beradi. Ammo bularning barchasi mumkin bo'lgunga qadar mutaxassislar hali ko'p harakat qilishlari kerak.
Bugungi kunda optik ulanishlar asosan qurilmadan qurilmaga yoki optik tarmoqlarda qo'llaniladi. Ularning asosiy komponentlari va ishlash tamoyillari avvalgilaridan birida muhokama qilinadi. Biroq, o'zaro bog'lanishning yana uchta toifasi mavjud-bortdan bortgacha, mikrosxemadan mikrosxemaga va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan optik ulanishlarni amalga oshirishning asosiy qiyinligi, ular uchun umumiy yarimo'tkazgichli substratda optik va elektron funktsiyalarni birlashtirish zarurati. . Bu muammoni yorug'lik ishlab chiqarish, uzatish, boshqarish va aniqlash uchun kremniy asosidagi materiallardan foydalanadigan kremniy fotonikasi yordamida hal qilish mumkin.
Rag'batlantiruvchi sabablar
Kengash darajasida optik aloqa kanallarini rivojlantirishga qiziqish blade serverlarini yaratishga bog'liq. Bu erda optik texnologiyani qo'llashning aniq ob'ekti - orqa panel. Odatda odatda uzunligi 1 metrgacha bo'lgan yuqori tezlikdagi nuqtadan-nuqtaga yoki ko'p nuqtali ulanishlarni amalga oshiradi. Optik o'zaro bog'lanish panellarining asosiy afzalliklari past o'tish va yuqori o'tkazuvchanlikni o'z ichiga oladi. Biroq, bugungi optik patch panellarining ko'pchiligi yamoqqa o'xshaydi. Bir qator optik texnologiyalar namoyish etildi, shu jumladan kremniyga qurilgan polimer tolalar, vertikal bo'shliqli sirt chiqaruvchi lazerlar (VCSEL) bilan birlashtirilgan lenta tolalari, tekis tolali zanjirlar va fotodiodlar. Ammo ularning hech biri, ba'zi bir tokcha ilovalaridan tashqari, mis ulanishlarni almashtirmagan.
Protsessor sanoatida soat tezligi poygasi to'xtab qolishini oldindan aytish qiyin, chunki Mur qonunini ekstrapolyatsiya qilib, biz 2010 yil oxirigacha soat tezligi taxminan 10 gigagertsli chiplar paydo bo'lishini kutishimiz mumkin. Biroq, hatto mavjud chastotalarda ham, mis avtobuslari asosida bosilgan elektron platalarda yoki modullarda kerakli tarmoqli kengligini ta'minlash tobora qiyinlashib bormoqda. Mis-simli FR-4 standartidagi (Olovga qarshilik 4) tenglikdagi yo'qotishlar 1 gigagertsdan yuqori chastotalarda tez o'sib borayotgani, signal-to-shovqin nisbati pasayib, sinxronizatsiya xatolari paydo bo'lishi ko'rsatildi. Bundan tashqari, o'zaro bog'liqlik simlarning zichligini cheklaydi. Mikrosxemalar orasidagi uzunligi 10 sm gacha bo'lgan yuqori tezlikdagi optik kanallar misga qaraganda bir qator afzalliklarga ega. Ular yuqori o'tkazuvchanlik bilan kamroq yo'qotishlarga ega va EMI o'zaro ta'siriga sezgir emas. O'tgan 20 yil ichida optik texnologiyalar mis simlarining cheklanishlarini bartaraf etish uchun taklif qilingan, biroq ekzotik materiallarning nisbatan yuqori narxi va ulardan foydalanish ularni yirik ishlab chiqarish uchun nomaqbul qilib qo'ygan.
Bir necha gigagertsli chastotalarda ishlaydigan integral mikrosxemalar ichida elektr aloqalarini ishlab chiqish ham tobora qiyinlashib bormoqda. Bunday holda, odatda uzunligi 1 sm dan kam bo'lgan optik kanallar potentsial jozibador bo'lib qoladi, bu quyidagi sabablarga bog'liq:
- mis o'tkazgichlardan foydalanishga nisbatan kechikish vaqtini qisqartirish;
- o'sishni to'xtatmaydigan katta tarmoqli kengligi soat chastotalari tranzistorlar;
- quvvat sarfini kamaytirish;
- elektromagnit shovqinlarga sezgirlik yo'qligi.
Biroq, bugungi kunda optika va elektronika integratsiyasi bo'yicha ishlar nafaqat dastlabki bosqichlarda, balki misga asoslangan an'anaviy texnologiyalar bilan solishtirganda juda qimmat.
Intel bu sohada juda jadal tadqiqot olib bormoqda, uning muammosini hal qilishda silikon fotonikaga asoslangan. Bu erda taklif qilingan integratsiyalashgan platformaning asosiy qurilish bloklari-tashqi bo'shliq lazeri (ECL), kremniy modulyatori, silikon-germaniy fotodetektori va arzon narxlardagi o'zaro bog'lanish texnologiyasi.
Silikon yorug'lik manbalari
Garchi kremniy asosidagi lazerlarga hali erishish mumkin bo'lmasa-da, butun dunyoda ko'rinadigan va infraqizil diapazonda chiqadigan bunday yorug'lik manbalari ustida ish olib borilmoqda. Kremniy manbalari monolitik integratsiyaning organik qismlaridan biridir, chunki ular optik elementlarni ham, boshqaruv elektronikasini ham bitta substratda ishlab chiqarishga imkon beradi. Silikon tolalarni ishlatganda, nurlanish to'lqin uzunligi 1,1 mikrondan oshadigan infraqizil diapazonda bo'lishi kerak, chunki aynan shu oynada yo'qotishlar minimal bo'ladi.
Hozirgi vaqtda tadqiqotlarning aksariyati elektroluminesans - elektr nasos natijasida olingan nurlanish ta'siridan foydalanish yo'nalishida olib borilmoqda. Ishonchli va samarali kremniy emitentlari olinmaguncha, gibrid integratsiyalashuv imkoniyati, ya'ni silikon tolalarga ulangan silikon bo'lmagan yorug'lik manbalaridan foydalanish nazarda tutilmoqda.
Silikon yorug'lik manbalarini ishlab chiqarishdagi qiyinchilik bilvosita o'tish bilan taqiqlangan energiya bo'shlig'ining mavjudligi bilan bog'liq. Bu shuni ko'rsatadiki, nurli emissiyaga qaraganda nurlanishsiz o'tish ehtimoli (xususan, Auger rekombinatsiyasi) yuqori bo'ladi.
Infraqizil nurlanishni olish uchun kremniyga erbiy kabi tegishli aralashmalar kiritilishi kerak. Erbiy bilan ishlangan kremniy tolalari infraqizil diapazonda chiqariladi, agar ular qo'shimcha ravishda kislorod bilan to'ldirilsa, panjara ichida optik faol ionlar hosil bo'ladi. lekin berilgan tur qurilmalar sezilarli kamchilikka ega: 100 ° K da nurlanish intensivligi nisbatan yuqori bo'lsa -da, xona haroratida u keskin pasayadi.
Kremniyda yorug'lik chiqishi samaradorligini oshirishning navbatdagi usuli elektron-teshik rekombinatsiyasi paytida nurlanuvchi o'tishlar sonini kamaytirishdir. Bunga tashuvchilarning panjara ichidagi nurlanmagan rekombinatsiya markazlariga tarqalishini kamaytirish orqali erishiladi, bu esa yorug'lik emissiyasi bilan o'tish ehtimolini oshiradi. VLSI texnologiyasiga mos keladigan bunday cheklash usullaridan biri nanokristallardan foydalanishga asoslangan. Boshqa vositalar GeSi kvant quduqlari yoki kristalli panjara nuqsonlaridan foydalanishni o'z ichiga oladi.
Boshqa to'lqin uzunliklarida nurlanish hosil qilish uchun erbiyadan boshqa iflosliklar kiritilishi mumkin. Masalan, terbiy to'lqin uzunligi 0,98 va 0,54 mikron bo'lgan nurlanishni ta'minlaydi. Biroq, bunday qurilmalarning ishlash muddati va ishonchliligi amaliy qo'llanilishi uchun juda past.
Silikon to'g'ridan -to'g'ri oqim yorug'lik manbalarining barcha turlari uchun yana bir cheklov - bu to'g'ridan -to'g'ri modulyatsiyaning past tezligi - taxminan 1 MGts. Bu shuni anglatadiki, ular yuqori tezlikdagi kanallarni yaratish uchun tashqi modulyatorlarga muhtoj.
Qurilma arxitekturasi
Kremniyli yorug'lik manbalarini yaratish bo'yicha ishlar davom etmoqda, lekin ular hali tugallanmagan. Va ishonchli va samarali kremniyli yorug'lik manbai paydo bo'lgunga qadar, integratsiyalangan fotonik tizimlar davriy jadvalning III-V guruhlaridan an'anaviy materiallarga muhtoj bo'ladi.
Keling, Intel-dan so'ng, tashqi bo'shliqli lazer va Bragg panjarali silikon tolasidan, kerakli to'lqin uzunligini olish uchun III-V guruh kristalli tomonidan yaratilgan yorug'lik uchun filtr sifatida qanday foydalanish mumkinligi haqidagi misolni keltiraylik. optik aloqa uchun. Yaratilgan to'lqin shaklini sozlash uchun kremniydagi kuchli termoptik effektdan foydalanish mumkin.
Bragg panjarasi izolyatsiyalovchi kremniyli (SOI) gofretga 1,2 × 2,3 × 3,4 mkm yivlarning ko'p qismini yopish orqali ishlab chiqarilgan. Keyin, tegishli ishlov berilgandan so'ng, biz tafsilotlari qoldirmaymiz, Bragg panjarasi tola ichiga joylashtirildi. ELC kuchaytirgich chipli Bragg panjarasi bo'lgan tolaning birlashishi natijasida qurilgan. Rezonator bir tomonda ko'zgu vazifasini bajaruvchi Bragg panjarasi bilan 90% aks ettiruvchi qoplamali kuchaytirgich chipi o'rtasida, qarama -qarshi tomondan oynani hosil qilgan. Bragg panjarasi bo'lgan tola 8 ° burchak ostida kuchaytiruvchi chip bilan o'rnatildi, bu esa aks ettirmaydigan qoplama bilan yuzning ta'sirchan nurlanishini 10-5 gacha kamaytirdi. Yaratilgan nur 90% aks ettiruvchi qoplama qo'llaniladigan lazer diodining yuzidan chiqib, linzali bitta rejimli optik tolali konusga kirdi (1-rasm). Ob'ektiv tola va lazer o'rtasidagi aloqani kuchaytirishga xizmat qildi. Bragg panjarasi yordamida tashqi bo'shliqli lazerning ishlash tamoyilini yaxshiroq tushunish uchun uning an'anaviy sxemasiga asoslangan sxemasini ko'rsataylik (2 -rasm).
Kremniy modulyatorlari
Shunday qilib, murakkab III-V yarimo'tkazgichli diod va kremniyli Bragg panjarasiga asoslangan sozlanishi lazer yuqorida tasvirlangan. Shu bilan birga, chiqishdagi lazer uzluksiz to'lqinni uzatadi, u ma'lumotni uzatmaydi. Optik aloqa kanallari orqali ma'lumotlarni uzatish uchun optik modulyator kerak. Modulyatsiya chastotasi 1 gigagertsdan yuqori bo'lgan bunday qurilmalar odatda ferroelektrik lityum niobat kristallaridan (LiNbO3) yoki bir nechta kvantli quduqlarga ega bo'lgan yarimo'tkazgichlardan yasalgan, bu erda mahalliy stark effekti (tashqi elektr maydoni ta'sirida atom spektral chiziqlarining bo'linishi). ) yoki elektroabsorbtsiya effekti ishlatiladi. Ushbu qurilmalarda modulyatsiya chastotasi 40 gigagertsgacha etadi.
Bozorning arzon narxlardagi echimlarga bo'lgan talabi kremniy asosidagi modulyatorlarning rivojlanishiga turtki bo'ldi. Bundan tashqari, kremniy fotonikasi CMOS texnologiyasi asosida monolitik yaxlit optik elementlarni olish imkonini beradi.
Silikon asosidagi optik modulyatorlar ko'plab tadqiqot markazlari tomonidan taklif qilingan va namoyish etilgan. Biz bu erda Mach-Zehnder interferometriga (MCI) asoslangan qurilmaning eksperimental versiyasini taqdim etamiz. Passiv kremniy MCI to'lqinlar yo'riqchisiga o'rnatilgan MOS kondansatkichiga asoslangan fazani o'zgartiruvchi sxemaning asl rivojlanishi tufayli 1,55 mkm to'lqin uzunligi uchun 2,5 gigagertsli modulyatsiya chastotasiga erishish mumkin.
MCIning sxematik ko'rinishi rasmda ko'rsatilgan. 3. Kiruvchi yorug'lik ikkita teng qismga bo'linadi va interferometrning ikki qo'liga yo'naltiriladi. Ularning har birida faol bo'linish bo'lishi mumkin, u qo'llaniladigan kuchlanish yordamida yelkada yorug'lik tarqalish tezligini biroz o'zgartiradi. Shu sababli, chiqishda nurlarning fazaviy siljishi olinadi, bu aralashuv tufayli hosil bo'ladigan nurning intensivligining o'zgarishiga olib keladi.
Silikon fotodetektorlari
Butun kremniyli optik platformaga o'rnatilgan oxirgi faol komponent-bu fotodetektor. Silikon fotodetektorlari to'lqin uzunliklarida yuqori samaradorlik tufayli raqamli kameralar va skanerlar kabi ko'rinadigan yorug'lik diapazonini (0,4-0,7 mkm) ishlatadigan dasturlarda allaqachon keng qo'llanilgan. Biroq, aloqada ishlatiladigan yarimo'tkazgichli lazerlarning aksariyati yaqin infraqizil, odatda 850, 1310 va 1550 nmda ishlaydi, bu erda kremniy shaffof, yomon detektor. Kremniyli fotodetektorlarning chiqish oqimini ko'paytirishning eng keng tarqalgan usuli - germaniyni qo'shish, bu tarmoqli bo'shlig'ining kamayishiga va aniqlangan nurning to'lqin uzunligining oshishiga olib keladi.
Fig. 4da Intel tomonidan ishlab chiqilgan SiGe tolalariga asoslangan fotodetektorning kesmasi ko'rsatilgan. U ilgari muhokama qilingan modulyator bilan bir xil SOI platformasida ishlab chiqariladi. SiGe qatlami silikon tolali boncukning yuqori qismida joylashgan.
Detektorning birinchi versiyasida yorug'lik yutuvchi material sifatida 18 Si0.5Ge0.5 kvantli quduq ishlatilgan. 1316 nm yorug'lik to'lqin uzunligida ba'zi qurilmalar uchun sezuvchanlik 0,1 A / V ga yetdi. Ishlab chiquvchilar ba'zi yaxshilanishlar orqali sezuvchanlikni 0,5 A / V ga oshirish mumkin deb hisoblaydilar. Teshiklarni tashishga xalaqit beradigan valentlik diapazonining sezilarli siljishi tufayli o'tish tezligi 500 MGts dan past edi. Biroq, bu kamchilikni film tarkibini o'zgartirish orqali tuzatish mumkin, deb ishoniladi. Simulyatsiyalar shuni ko'rsatadiki, tarmoqli kengligi 10 Gbit / s ga yetishi mumkin.
Silikon asosidagi planar optika sohasidagi tadqiqotlar bir necha o'n yillar davomida dunyoning ko'plab laboratoriyalarida o'tkazilgan, ammo sanoat namunalari hali olinmagan. Shunga qaramay, so'nggi yillarda dolzarb muammolarni tushunishda sezilarli yutuqlarga erishildi va mumkin bo'lgan usullar ularning echimlari.
Kvant quduqlari
Kvant qudug'i - bu zarrachalar harakatini cheklaydigan potentsial quduq. Unga kirgach, ilgari uch o'lchovli makonda erkin harakatlangan zarralar faqat tekis hududda, aslida ikki o'lchovli harakatlanishi mumkin. Harakatni cheklovchi effekt kvant qudug'ining o'lchami tashuvchilarning de -Broyl to'lqin uzunligiga (odatda elektronlar yoki teshiklarga) o'xshab qolganda paydo bo'ladi. Keling, kvant qudug'i qanday yaratilganini sifatli darajada ko'rib chiqaylik.
Ma'lumki, tarmoqli nazariyasiga ko'ra, yarimo'tkazgichning energiya spektri uchta diapazondan (pastdan yuqoriga) iborat: valentlik, taqiqlangan va o'tkazuvchanlik diapazonlari. Agar taqiqlangan bo'shliqlari bo'lgan yarimo'tkazgichlarning ikki qatlami orasiga tor tarmoqli oralig'i bo'lgan ingichka yarimo'tkazgichli qatlam qo'yilgan bo'lsa, energiyasi qo'shni yarimo'tkazgichlarning taqiqlangan keng bo'shliqlarining energiya darajasidan past bo'lgan o'rta yupqa qatlamning o'tkazuvchanlik elektronlari bo'ladi. ular yaratgan potentsial to'siqdan o'tolmaydi. Shunday qilib, ikkita heterojununktsiya elektronlarning ikki tomondan harakatlanishini cheklaydi, ya'ni elektronlar bir yo'nalishda tiqilib qoladi. Aytishimiz mumkinki, elektron gazining kvant qudug'idagi harakati ikki o'lchovli bo'ladi.
O'tgan 2007 yil Intelning ko'plab texnologiyalari, shu jumladan silikon fotonikasi sohasida rivojlanishi uchun juda muvaffaqiyatli bo'ldi. MIT Technology Review kompaniyasi Intel kompaniyasining bu sohadagi so'nggi yutuqlarini ot poygasidagi uch karra g'alaba bilan solishtirdi, chunki etakchi nashr sharhlovchilari bir qator korporativ e'lonlarni baholadilar.
Jastin Rattner, Intelning korporativ texnologiyalar guruhi bosh direktori: "Biz empirik tarzda CMOS kremniy texnologiyasiga mos keladigan ishlab chiqarish texnologiyalaridan yarimo'tkazgichli optik qurilmalarni yaratish uchun foydalanish mumkinligini ko'rsatdik. Bu haqiqatning isboti katta yutuq edi, ammo bu texnologik yo'nalishni yanada rivojlantirish uchun hech bo'lmaganda muhim qadamlar kerak emas. Endi biz kremniy fotonik qurilmalarini kompyuterning standart komponentlariga qanday qo'shishni o'rganishimiz kerak; buni qanday qilishni hali bilmaymiz. Shu bilan birga, biz yarimo'tkazgichli fotonik modellarni ishlab chiqaruvchilar uchun Intel echimlariga etkazish uchun mahsulotni ishlab chiqish guruhlari bilan faol ishlashni davom ettirmoqdamiz.
Intel korporatsiyasi tadqiqotchilari yuqori sifatli uzluksiz lazer nurini ishlab chiqarishga qodir dunyodagi birinchi yarimo'tkazgichli chipni ishlab chiqdilar. Sakkizta lazer bitta silikon chipga birlashtirilgan.
Kremniy fotonikasi tera hisoblash davrining to'sig'i sifatida
Silikon fotonikasi muhim ahamiyatga ega komponent Korporativ texnologiyalar guruhining tera-hisoblash tizimiga o'tishni tezlashtirishga qaratilgan uzoq muddatli rivojlanish strategiyasi. Gap shundaki, u rivojlanib borgan sari ko'p yadroli protsessorlar ulkan hisoblash kuchi bilan muhandislar oldiga yangi vazifalarni qo'yadi. Masalan, xotira va protsessor o'rtasidagi aloqa tezligiga bo'lgan ehtiyoj tez orada mis o'tkazgichlar qo'yadigan jismoniy chegaralardan oshib ketadi va elektr signallarining tezligi protsessor tezligidan sekinroq bo'ladi. Hozir ham kuchli hisoblash tizimlarining ishlashi ko'pincha protsessor va xotira o'rtasida ma'lumot almashish tezligi bilan chegaralanadi. Hozirgi ma'lumot uzatish texnologiyalari fotonikaga nisbatan ancha past o'tkazish qobiliyatiga mo'ljallangan bo'lib, ma'lumotlar uzatish masofasi oshgani sayin, uzatish tezligi yanada past bo'ladi.
«Hisoblash platformasi komponentlari o'rtasida ma'lumotlarni uzatish tezligini protsessorlar tezligiga moslashtirish kerak. Bu, albatta, juda muhim vazifadir. Biz kremniy fotonikasini bu muammoning echimi deb bilamiz va shuning uchun biz bu sohaning boshida bo'lishimizga imkon beradigan tadqiqot dasturini amalga oshirmoqdamiz ”, - dedi Intel korporatsiyasining taniqli tadqiqot muhandisi Kevin Kan.
Optik xotira modulining prototipi sinovlari shuni ko'rsatdiki, server xotirasiga kirish uchun elektrdan emas, nurdan foydalanish mumkin.
Intelning etakchi optika tadqiqotchisi Drew Alduino boshchiligidagi guruh protsessor va xotira o'rtasida optik aloqa tizimini qurmoqda. Intel platformalari... Microsoft Windows-ni yuklash va ishga tushirish uchun to'liq buferlangan FB-DIMM test platformasi allaqachon yaratilgan. Ishlaydigan prototip - bu xotirani optik aloqa liniyalari yordamida protsessorga tizimning ishlashini yo'qotmasdan ulash imkoniyatining isboti.
Bunday echimning tijorat versiyasini yaratish foydalanuvchilar uchun katta foyda keltiradi. Optik kommunikatsiyalar xotira o'tkazuvchanligi va protsessor tezligini to'sib qo'yadi va hisoblash platformasining umumiy ish faoliyatini yaxshilaydi.
Tadqiqotdan tortib amalga oshirishgacha
Intel korporatsiyasining taniqli tadqiqot muhandisi Mario Paniccia boshchiligidagi Fotonik texnologiyalari laboratoriyasi barcha optik aloqa komponentlarini - lazer, modulyator va demodulyatorni - mavjud ishlab chiqarish texnologiyalari yordamida yarimo'tkazgichlardan yasash mumkinligini isbotladi. PTL allaqachon 40 Gbit / s gacha ma'lumotlarni uzatish qobiliyatiga ega modulyatorlar va demodulyatorlarni o'z ichiga olgan rekord darajadagi ishlaydigan silikon fotonikaning muhim komponentlarini namoyish qildi.
Yarimo'tkazgichli fotonik texnologiyasini amalga oshirish uchun oltita asosiy komponent zarur:
- fotonlar chiqaradigan lazer;
- fotonlar oqimini hisoblash platformasi elementlari o'rtasida uzatish uchun axborot oqimiga aylantirish modulyatori;
- fotonlarni o'z manzillariga etkazish uchun "uzatish liniyalari" vazifasini bajaradigan to'lqinlar, yorug'lik signallarini birlashtirish yoki ajratish uchun multipleksorlar;
- shaxsiy kompyuterlarni ommaviy ishlab chiqarishda ishlatilishi mumkin bo'lgan yig'ish texnologiyalari va arzon echimlarni yaratish uchun ayniqsa zarur bo'lgan holat;
- axborot tashuvchi fotonlar oqimlarini qabul qilish va ularni kompyuterda qayta ishlash uchun mavjud bo'lgan elektron oqimga aylantirish uchun demodulyator;
- Ushbu komponentlarni boshqarish uchun elektron sxemalar.
%%%
Yarimo'tkazgichli texnologiyalar asosida optik aloqaning barcha komponentlarini amalga oshirish eng muhim tadqiqot muammosi sifatida tan olingan, uning echimi katta texnik yutuqlarga olib keladi. PTL allaqachon yuqori tezlikda ishlaydigan qurilmalar, modulyatorlar, kuchaytirgichlar va 40 Gbit / s gacha ma'lumotlarni uzatish tezligini ta'minlovchi demodulyatorlar bo'yicha bir qator jahon rekordlarini o'rnatdi. Keyingi besh yil ichida Intel ushbu komponentalarni haqiqiy mahsulotlarga birlashtirish yo'llarini qidiradi.
Silikon fotonikaning asosiy tarkibiy qismlaridan biri - modulyator bo'lib, u 40 Gbit / s gacha uzatish tezligini ta'minlaydi.
Yarimo'tkazgichli fotonika sohasida Intel allaqachon uy -joy maydoniga kirgan. Optik elementlarning integratsiyasi sohasidagi tadqiqotlar allaqachon ilmiy yoki texnologik rivojlanish bosqichidan tijorat mahsulotlarini yaratish bosqichiga o'tdi. Hozirgi tadqiqot guruhi ushbu inqilobiy texnologiya asosida innovatsion mahsulotlarni loyihalash imkoniyatlari va spetsifikatsiyalarini aniqlamoqda. Oxir -oqibat, Intel mutaxassislari prototiplarni yaratadilar va mahsulotni ishlab chiqish guruhlari bilan yaqindan ishlashni tezlashtiradi. yangi texnologiya.
Intel korporatsiyasi o'z faoliyatidan tashqari, CTG tashqarisida bu yo'nalishdagi eng istiqbolli tadqiqotlarni moliyalashtiradi - xususan, Kaliforniya universiteti bilan Santa Barbara gibrid yarimo'tkazgichli lazerni ishlab chiqaradi. PTL laboratoriyasi, shuningdek, boshqa mamlakatlarning turli oliy o'quv yurtlarining iqtidorli bitiruvchilari uchun amaliyot o'taydi.
Intelning optika bo'yicha etakchi tadqiqotchisi Richard Jons shunday dedi: “Biz kelajakda gibrid yarimo'tkazgichli lazer loyihasida ikkita katta muammoga duch kelmoqdamiz. Birinchidan, biz Kaliforniya Universitetidan gibrid lazerlarning pilot ishlab chiqarilishini Intelga ko'chirishimiz kerak. Ikkinchidan, biz CMOS-ga mos ishlab chiqarish texnologiyasi asosida yagona optik uzatgichni yaratishimiz mumkinligini isbotlash uchun gibrid lazer, yarimo'tkazgichli modulyator va multipleksorni birlashtirishimiz kerak bo'ladi.
Kremniy fotonikasi texnologiyasini joriy etish keng miqyosda lazer ishlab chiqarish uchun yangi ishlab chiqarish jarayonlarini ishlab chiqishni o'z ichiga oladi. Intelning fotonika sohasidagi muvaffaqiyati unga potentsial raqobatchilardan ancha ustun bo'lish imkonini beradi. PTL laboratoriyasi allaqachon 150 ga yaqin patentni ro'yxatdan o'tkazgan. Nature kabi eng nufuzli nashrlar Intel mutaxassislarining misli ko'rilmagan yutuqlarini nishonladilar. Bundan tashqari, Intel kompaniyasi 2007 yil eng zamonaviy yangi texnologiyalar uchun EE Times ACE mukofotini oldi.
Fotonlarni ta'qib qilish
Yarimo'tkazgichli fotonikaning elementlarini yaratish texnologiyasi mavjud, yaxshi o'rnatilgan va o'n yillar davomida tasdiqlangan tranzistorli ishlab chiqarish jarayonlaridan farqli o'laroq. Uni amalga oshirish yo'lida muayyan muammolar mavjud: qurilmalarni optimallashtirish, dizaynning ishonchliligini oshirish, sinov metodologiyasini ishlab chiqish, energiya samaradorligini ta'minlash, subminyatura qurilmalarini ishlab chiqish.
40 gigabitli silikon lazer modulyatori uchun sinov dastgohi
Optimallashtirish eng katta muammolardan biridir, chunki PTL umumiy hisoblash uchun optik qurilmalarni ishlab chiqadi. Boshqa shunga o'xshash mahsulotlar, standartlar va boshqa ko'rsatkichlar bo'lmasa -da, muhandislar yangisini ishlab chiqmoqdalar texnologik jarayon kompyuter dasturlari ehtiyojlarini eng yaxshi qondiradigan echimlarni qidirmoqdalar.
Hozirgi vaqtda fotoelektronika jihatidan nisbatan kichik bo'lgan PTL tadqiqot guruhi asta -sekin yarimo'tkazgichli fotonik echimlarni tijoratlashtirishga o'tmoqda va bu aql bovar qilmaydigan texnologiyaning ommaviy qabul qilinishi 2010 yildan boshlanishini kutmoqda. Viktor Krutul boshchiligida u ilovalarni ishlab chiqadi. yangi texnologiyaning paydo bo'lishiga zamin yaratadi. "Bizning fikrimizcha, optik aloqa rivojlanishi bilan Intel mahsulotlari Mur qonuniga rioya qilishni davom ettiradi", - deydi Krutal.
Ma'lumotni bir xil hisoblash platformasi komponentlari o'rtasida va ular o'rtasida qachon o'tkazish kerak turli xil tizimlar elektronlar emas, balki fotonlar ishlatiladi, keyingi kompyuter inqilobi sodir bo'ladi. Butun dunyodagi etakchi elektronika ishlab chiqaruvchilari raqobatbardoshlikni qo'lga kiritish uchun musobaqaga qo'shilishdi. Yangi texnologiyaning ahamiyatini integral mikrosxemalar ixtirosi bilan solishtirish mumkin. Intel yarimo'tkazgichli fotonikaga asoslangan komponentlarni tadqiq qilish va rivojlantirishda etakchi hisoblanadi.
65 nanometr-Zelenograddagi "Angstrem-T" zavodining navbatdagi nishoni, uning narxi 300-350 million evroga teng. Korxona ishlab chiqarish texnologiyalarini modernizatsiya qilish uchun imtiyozli kredit olish uchun arizani Vneshekonombankga (VEB) topshirgan, deb xabar beradi Vedomosti shu hafta zavod direktorlar kengashi raisi Leonid Reymanga tayanib. Endi "Angstrem-T" 90nm topologiyaga ega mikrosxemalar ishlab chiqarish liniyasini ishga tushirishga tayyorgarlik ko'rmoqda. Avvalgi VEB krediti bo'yicha to'lovlar, u sotib olingan, 2017 yilning o'rtalarida boshlanadi.
Pekin Uoll -stritni qulab tushdi
Amerikaning asosiy indekslari Yangi yilning birinchi kunlarini rekord pasayish bilan nishonladi, milliarder Jorj Soros dunyo 2008 yilgi inqirozning takrorlanishini kutayotgani haqida allaqachon ogohlantirgan.
60 dollarlik birinchi rus iste'molchi protsessori Baykal-T1 ommaviy ishlab chiqarila boshladi
2016 yil boshida Baykal Electronics kompaniyasi Rossiyaning "Baykal-T1" protsessorini taxminan 60 dollarlik sanoat ishlab chiqarishga chiqarishni va'da qilmoqda. Agar bu talabni davlat yaratsa, qurilmalarga talab katta bo'ladi, deydi bozor ishtirokchilari.
MTS va Ericsson birgalikda 5Gni Rossiyada ishlab chiqadi va joriy qiladi
Mobile TeleSystems PJSC va Ericsson Rossiyada 5G texnologiyasini ishlab chiqish va joriy etish bo'yicha hamkorlik to'g'risida shartnoma imzoladilar. Uchuvchi loyihalarda, shu jumladan JCh -2018 paytida, MTS shved sotuvchisining ishlanmalarini sinovdan o'tkazmoqchi. Kelgusi yil boshida operator Telekommunikatsiya va ommaviy kommunikatsiyalar vazirligi bilan mobil aloqaning beshinchi avlodi uchun texnik talablarni shakllantirish bo'yicha muloqotni boshlaydi.
Sergey Chemezov: Rostec allaqachon dunyodagi eng yirik mashinasozlik korporatsiyalarining o'ntaligiga kiradi
RBC telekanaliga bergan intervyusida Rostec rahbari Sergey Chemezov keskin savollarga javob berdi: Platon tizimi, AVTOVAZning muammolari va istiqbollari, Davlat korporatsiyasining farmatsevtika biznesidagi manfaatlari, sanktsiyalarga qarshi xalqaro hamkorlik haqida. bosim, import o'rnini bosish, qayta tashkil etish, rivojlanish strategiyasi va qiyin paytlarda yangi imkoniyatlar.
Rostec "o'zini himoya qiladi" va Samsung va General Electric yutuqlariga tajovuz qiladi
Rostec kuzatuv kengashi "2025 yilgacha rivojlanish strategiyasi" ni tasdiqladi. Asosiy maqsad-yuqori texnologiyali fuqarolik mahsulotlari ulushini oshirish va asosiy moliyaviy ko'rsatkichlar bo'yicha General Electric va Samsung kompaniyalarini ortda qoldirish.
Ehtimol, qachonlardir kremniy fotonikasi yordamida butun ulkan ma'lumotlar markazini bitta giperkalli kompyuterga aylantirish mumkin va agar o'sha paytdagi sun'iy intellekt sohasidagi yutuqlarni hisobga olsak, tasavvur qilish oson. Stanislav Lem tomonidan tasvirlangan Solarisdagi okeanga o'xshash narsa. Shu bilan birga, hozirgi serverlar va ma'lumotlar markazlari o'z holatida SATA va USB paydo bo'lgunga qadar shaxsiy kompyuterlarga o'xshab ketadi: ichkarida - lentali kabellar, tashqarida - sichqoncha, klaviatura va karnay uchun ketma -ket va parallel portlar. Ammo 2025 yilda rasm o'zgaradi: hamma narsa optik tolali orqali birlashtiriladi va ulanadi, bu butun vazifalarga sifat jihatidan boshqacha yondashuvni, xususan, masshtablash va yuqori mahsuldorlik hisobini beradi. Va bularning barchasi silikon fotonikaning rivojlanishi tufayli mumkin bo'ladi.
Silikon fotonikasi - bu ikki guruh texnologiyalari - elektronika va optikaning sinergiyasini anglatadi, bu millimetrdan minglab kilometrgacha bo'lgan masofadagi ma'lumotlarni uzatish tizimini tubdan o'zgartirish imkonini beradi. Silikon fotonikani joriy etish natijasi muhimligi nuqtai nazaridan yarimo'tkazgichlarning ixtirosi bilan taqqoslanadi, chunki uning kiritilishi ko'p yillar davomida axborot -kommunikatsiya texnologiyalarini rivojlantirish uchun asos bo'lgan Mur qonunining ta'sirini saqlab qolishga imkon beradi. .
Bu yo'nalish asoslari bilan qiziquvchilar uchun 2017 yilda Daryl Inniss, Roy Rubenshteyn tomonidan nashr etilgan "Kremniy fotonikasi: keyingi axborot inqilobini to'ldirish" ilmiy -ommabop kitobini tavsiya etishimiz mumkin. Silikon fotonikaga jiddiy kirishuvlar - bu mualliflar guruhining "Silicon Photonics III: Tizimlar va ilovalar" kitobi va "Silicon Photonics: An Introduction" (Graham T. Reed, Endryu P. Knights). Shuningdek, Mellanox veb -saytida ushbu mavzu bo'yicha foydali materiallar mavjud.
U qanday ishlaydi
Agar biz o'zimizni hisoblashda amaliy qo'llanmalar bilan cheklasak, elektronika singari, optika va qattiq jismlar fizikasini ham chetga surib qo'yish mumkin. Tizimli darajada tushunish uchun mavzu haqida eng yuzaki ma'lumotlar etarli. Hamma narsa aniq bo'lib tuyuladi: elektr signallarining ketma -ketligi uzatuvchi T tomonidan optik signallar ketma -ketligiga aylanadi. Kabel orqali u qabul qilgich R ga kiradi, u ularni elektr shakliga qaytaradi. Yorug'lik manbalari sifatida bir necha turdagi lazerlardan, uzatish uchun esa bitta yoki multimodal kabellardan foydalanish mumkin.
Ammo kremniy fotonikasi tamoyillarini amalga oshirishda yuzaga keladigan muammolarning ilmiy va muhandislik murakkabligi haqida unutmang. Hech bo'lmaganda, bu yo'nalishdagi birinchi tajriba ishlari XX asrning 80-yillari o'rtalariga to'g'ri kelganligi, 2000-yillarning boshlarida tijoratni rivojlantirishga urinishlar qilinganligi va birinchi tijorat natijalari faqat 2016 yildan keyin olinganligi bilan baholanishi mumkin. Qirq yil ... Optik tolali aloqadan amaliy foydalanish oltmishinchi yillarning o'rtalarida boshlanganiga qaramay, tajriba ishlari esa ancha oldinroq.
Silikon asosidagi materiallar bilan bog'liq muammoning asosiy nuqtasi-optik tolali optikada ishlatiladigan bir xil chastotalarda ishlashning mumkin emasligi va iqtisodiy sabablarga ko'ra muqobil materiallardan foydalanish deyarli mumkin emas. Yarimo'tkazgichlarni ishlab chiqarishning mavjud texnologiyalariga katta miqdordagi mablag 'sarflandi. Silikon fotonikaning tamoyillarini amalga oshirish uchun ularni mavjud texnologiyalarga moslashtirish kerak. Yechim mikrosxemalarga miniatyurali uzatgich va qabul qilgichlarni kiritish va ular orasiga mos keladigan to'lqin o'tkazgichlarni yotqizish bo'lishi mumkin. Bu eng murakkab muhandislik -texnik vazifa bo'lib, u 2017 yilga kelib hal qilingan.
Buni birinchi bo'lib Intel amalga oshirdi - korporatsiya allaqachon o'z mahsulotlarini bozorga taklif qilgan. Tez orada IBMdan e'lonlar, keyin Mellanox, Broadcom, Ciena, Juniper va boshqa bir qator yirik kompaniyalar e'lon qilinishi kutilmoqda. Shu bilan birga, muvaffaqiyatli startaplar sotib olinmoqda. Jarayon boshlandi, lekin tez emas. Qiyinchiliklar yangi mahsulotlarni yaratish qimmat va ko'p vaqt talab qilishidan kelib chiqadi, bu esa eng yirik sotuvchilarga foyda keltiradi.
To'rt darajali aloqa
Silikon fotonik texnologiyalari allaqachon 100 Gbit / s chekilgan tarmoqni yaratishga imkon beradi va yaqin kelajakda 400 Gbit / s va 1 Tbit / s. Ushbu ma'lumotlar tezligi konvergentsiya imkoniyatlarini ochib beradi zamonaviy arxitektura sifat jihatidan yangilariga-RSA (Rack-Scale Architecture) rack darajasida va ESSA (Kengaytirilgan tizim arxitekturasi) ma'lumotlar markazi darajasida. Birinchisining chegarasi o'choq deb ataladi (bir yoki bir nechta tokchalar), ikkinchisi butun ma'lumotlar markazini qamrab oladi. Ushbu infratuzilmaning tarkibiy qismlari masofadan turib PCIe avtobusi orqali aloqa o'rnatadi (PCIe-avtobus bir-biriga masofadan ulanadi).
Kremniy fotonikasi yordamida 4 darajaga bo'lingan ierarxik aloqa tizimi yaratiladi:
1 -darajali "chip": Chip ichida kremniy fotonik texnologiyasini joriy etish bir necha sabablarga ko'ra qiziq:
- Chiplar tokchalarga qaraganda ancha ko'p, shuning uchun qabul qiluvchilar va uzatgichlarga ehtiyoj katta va bu texnologiyalar tez rivojlanadi.
- Chipdan tashqari uzatish tezligi sezilarli darajada oshadi, shuning uchun tizimni loyihalash tamoyillari sezilarli darajada o'zgarishi mumkin.
- Uzoq muddatda, masalan, yadrolar almashinuvi uchun, chip komponentlari o'rtasida optik aloqadan foydalanish mumkinligini tasavvur qilish mumkin. Ammo bunday qisqa masofalarda mis uzoq vaqt o'z o'rnini saqlab qoladi.
