Az évtized végére akár a chipeken belül is működhet az optikai kommunikáció
[News.com/WSJ/HWSW] Az Intel a félvezetők tömeggyártásában használt technológiákhoz hasonló eljárással szilícium-alapú lézert készített. A chipgyártó óriás szerint a bejelentés mérföldkő a számítógépen belüli optikai kommunikáció felé vezető úton, amelynek eredményeképp nem csak a számítógépek egyes alkatrészei, hanem akár egy chip különböző részei is fény segítségével küldik és fogadják az adatokat. Az eljárással emellett a jelenleginél olcsóbb és pontosabb orvosi berendezések is építhetők. A szilíciumalapú lézer sorozatgyártása legkorábban az évtized végén várható.
Senki sem gondolta volna, hogy lehetséges
"Ez jelentős tudományos és egyben pszichológiai áttörés, ugyanis korábban senki sem gondolta volna, hogy lehetséges" -- mondta Mario Paniccia, az Intel fotonikai kutatásokért felelős vezetője, aki szerint a szilícium rendes körülmények között nem jó optikai vezető. Tavaly az Intel egy szilíciumból készített optikai modulátort mutatott be. A szilícium-alapú optikai eszközök legfontosabb előnye, hogy a széles körben elterjedt félvezetőgyártási eljárásokkal előállítási költségük a mainak töredékére szorítható le.
Az optikai kommunikáció előnyei az elektromos árammal szemben számosak, a két legfontosabb talán a kisebb fogyasztás és hőtermelés. Az optikai szálon utazó fotonok lényegesen kisebb hőt bocsátanak ki magukból, mint a rézvezetéken áramló elektronok. Emellett az optikai megoldások előnye, hogy lényegesen több információ átvitelére képesek, mint a rézvezetékek, illetve az áramló adatok "lehallgathatatlanok". Az optika elméletben tehát minden területen győz a réz felett, azonban a berendezések előállítási költségei ma még horribilisek, részben a különleges anyagszükséglet miatt.
Hogy működik?
A lézer (laser, light amplification through stimulation of radiation) lényege, hogy egy tükrökkel körbevett térbe fotonokat bocsátunk, amelyek az atomokkal ütközve további fotonokat szabadítanak fel, amelyek azonos optikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Végül a fény elég erős lesz ahhoz, hogy koherens sugárrá álljon össze, amelyben az összes foton párhuzamosan és azonos hullámhosszal fut. Ezt a koherens sugarat modulálva fel lehet használni adatok küldésére.
A jelenlegi optikai kommunikációs készülékek alapvető szüksége, hogy a fényforrásként használt optikai szál tökéletesen illeszkedjen a lézersugárhoz, így a berendezések előállításának kétharmada a már kész eszköz finomhangolására, beállítására megy el -- mondta Victor Krutul, az Intel szilícium-optikai stratégiai vezetője. A szilíciumból készített lézerek előállítása lényegesen olcsóbb, hiszen a lézert tartalmazó chipbe csupán egy hornyot kell "vésni", amelybe az optikai szál gyorsan és problémamentesen behelyezhető.
A mostani fejlesztésben használt "Raman effektust" 1928-ban fedezte fel a Nobel-díjas Chandrasekhara Venkata Raman. Az Intel kutatói arr jöttek rá, hogy a szilíciumatomok kristályszerkezete miatt tízezerszer erősebb a Raman-hatás mint az üvegben, vagyis a szilícium lényegesen jobb optikai erősítő lehet. A szilíciumból készített chipek önmagukban nem képesek fény kibocsátására, azonban "hullámterelőként" kiválóan alkalmazhatók más forrásból származó fény felerősítésére. Az Intel a Raman-hatás segítségével azt is lehetővé tette, hogy egy lézersugár több, eltérő hullámhosszú sugárrá legyen szétválasztható, így akár több adatfolyam továbbítására is alkalmazni lehet.
Hagyományos chipgyártási eljárások
A most létrehozott kísérleti chip silicon-on-insulator (szilícum a szigetelőn) technológiával készült, amelyet többek között az AMD és az IBM is használ lapkáinak gyártásához, és amely eljárást az Intel korábban számos esetben kritizált. Egyebekben a felhasznált gyártási eljárások megegyeznek a "hétköznapi" chipek előállítási módszereivel. Így a szilíciumlézerek elvben akár ugyanazokban az üzemekben is gyárthatók, ahol ma processzorok, chipkészletek vagy memóriák készülnek.
Az Intel-féle szilíciumlézerről további részletek a Nature magazin legújabb számában olvashatók. Ez a folyóirat közölte 1928-ban Chandrasekhara Venkata Raman cikkét a Raman-hatásról, valamint 1960-ban itt mutatták be részletesen a világ első működő lézerét.