211service.com
Silicon Photonics přichází na trh
Křemíková fotonika – využívající křemíkové čipy k odesílání a přijímání světelných signálů přenášejících data – slibuje revoluci v telekomunikacích, ale dosud byla z velké části omezena na laboratoř. Nyní Luxtera , startup se sídlem v Carlsbadu v Kalifornii, který vznikl z California Institute of Technology, oznámil první optický kabel založený na stejné křemíkové technologii používané k výrobě mikroprocesorů. Společnost tvrdí, že kabel s názvem Blazar dokáže posílat 40 gigabitů dat za sekundu prostřednictvím svého vlákna, ale bude stát stejně málo jako dnešní optické kabely s rychlostí 20 gigabitů za sekundu. Kabel je postaven pomocí standardního komplementárního metaloxidového polovodičového zpracování neboli CMOS a pravděpodobně najde své první aplikace v datových centrech a počítačových clusterech.
Silikonová fotonika: (1) Tenké čáry na povrchu tohoto čipu jsou vlnovody, kanály vytesané do křemíku, které usměrňují světlo. (2) Pět laserů na bázi indium-fosfidu namontovaných na matrici. (3) Výzkumníci společnosti Luxtera upravili standardní kus polovodičového testovacího zařízení tak, aby mohl testovat optické i elektrické funkce. (4) Toto zařízení spojuje vlákno s čipem na bázi křemíku společnosti Luxtera.
Toto je světově první fotonický produkt CMOS, říká Cary Gunn, CTO společnosti Luxtera. Je to vyvrcholení osmi let vývoje: šest ve společnosti Luxtera a před tím dva roky ve společnosti Caltech.
Dnes je většina fotonických zařízení, jako jsou lasery, modulátory – gadgety, které kódují data do paprsků světla – a detektory vyrobeny z drahých nekřemíkových materiálů, jako je fosfid india a niobát lithný. Obecně platí, že křemík, přestože je skvělý pro elektronické aplikace, jako jsou mikroprocesory a paměti, není příliš vhodný pro generování, modifikaci nebo detekci světla. Ale křemíková fotonika je rychle se rozvíjející obor, a to díky výzkumu ve společnostech a univerzitách jako Intel, IBM, University of California, Santa Barbara a Caltech. (Viz Intel zrychluje Silicon Photonics.)
Zákazníky, na které se Luxtera původně zaměřuje, jsou vysoce výkonná počítačová centra a datová centra se stojany serverů propojenými do systémů, které se rozprostírají v obřích místnostech a skladech. Tato centra tvoří páteř moderní informační infrastruktury a využívají je poskytovatelé internetových služeb, vláda, finanční průmysl, výzkumní pracovníci a společnosti poskytující veřejné služby. A v drtivé většině z nich je zařízení propojeno měděnou kabeláží, která má omezenou šířku pásma, která se zmenšuje se vzdáleností. Například silná měděná kabeláž může poskytnout pouze asi 10 gigabitů dat za sekundu na vzdálenost jednoho a půl metru.
Vzhledem k tomu, že měď, i když je relativně levná, je pomalá a omezuje fyzické uspořádání složitých počítačových systémů, inženýři se místo toho obrátili na kabely z optických vláken, které poskytují mnohem větší šířku pásma a mohou natáhnout vzdálenosti až 300 stop bez ztráty kapacity přenosu dat. . Optické kabely jsou také tenčí a mnohem flexibilnější než měděné, takže pomáhají udržovat datová centra chladná: tlusté měděné kabely mají tendenci zachycovat teplo a blokovat chladicí vzduch z ventilátorů. Protože jsou však transceivery standardního optického kabelu – čipy na jeho koncích, které odesílají a přijímají data – vyrobeny z drahých polovodičů, může být samotný kabel drahý.
Luxtera doufá, že učiní optické kabely dostupnějšími použitím křemíku v částech transceiveru. Gunn vysvětluje, že každý vysílač (jedna polovina transceiveru) v novém kabelu obsahuje relativně levný, běžně dostupný indium-fosfidový laser. Světlo z tohoto laseru je rozděleno do čtyř paprsků a každý paprsek prochází modulátorem vyrobeným z křemíku. Elektrický signál, říká Gunn, je odeslán do každého modulátoru, aby otiskl signál přímo do světelné vlny rychlostí 10 gigabitů dat za sekundu. Pak další křemíkové fotonické zařízení, nazývané holografická čočka, vypustí světlo do levného vlákna. Holografická čočka je litograficky vyleptaná do povrchu čipu a nahrazuje pole čoček nacházející se ve standardním optickém kabelu. Poté, co je světlo zakódované ve vláknu přeneseno, prochází další holografickou čočkou a je nasměrováno na řadu fotodetektorů na bázi indium-fosfidu, které jej převádějí zpět na elektrický signál. Elektronika integrovaná do stejného čipu CMOS, ve kterém jsou umístěna fotonická zařízení, zesiluje a čistí signál a posílá jej do elektrického přijímače. Každý konec kabelu Luxtera Blazar má čip, který obsahuje vysílač i přijímač, říká Gunn.
Nový produkt představuje další logický krok ve využití křemíkové fotoniky pro nízkonákladovou montáž, říká Alan Willner , profesor elektrotechnických systémů na University of Southern California. Schopnost umístit dohromady různé optické komponenty vytváří ještě přesvědčivější argument, proč optické kabely s rychlostí 40 gigabitů za sekundu mohou porazit měď, říká.
A trh s takovými zařízeními je rozhodně dobrý, říká Fred Zieber, prezident společnosti Pathfinder Research, společnosti zabývající se technologickou analýzou. Je to skvělý produkt pro věci, jako jsou serverové farmy a počítačové komplexy, říká. A tento trh roste velmi rychle.
Luxtera možná bude muset překonat překážku, že je startupem, a proto není v tomto odvětví dobře známá a důvěryhodná, říká Zieber. Dodává ale, že spolehlivost jeho produktu by mohla firmě poskytnout výhodu. Nepoužívají tajemný materiál a neskládají k tomu spoustu žetonů. To vše by vám mělo poskytnout odolnější balíček.
Gunn je přesvědčen, že si kabel najde zákazníky, a protože čipy transceiveru jsou vyráběny ve větším počtu, jejich cena by mohla klesnout natolik, že optické kabely na bázi křemíku mohou dokonce konkurovat mědi – něco, co nekřemíkové optické kabely nikdy neudělají. S klesajícími náklady, poznamenává Gunn, by se křemíková fotonika mohla posunout dále, než jen poskytovat spojení mezi systémy. Podíváme-li se dále, křemíková fotonika bude řešit překážky v rámci systémy, říká. Dodává, že domácí počítače, jejichž obvody používají křemíkovou fotoniku místo měděných kabelů, by byly rychlejší a udržely spotřebu energie na minimu.