NEXT 2/2009 - Okiełznać fotony

Udało nam się odwiedzić optyczne laboratorium Intela, w którym prowadzone są badania nad laserami wbudowanymi bezpośrednio w strukturę półprzewodnikową i terabitową transmisją światłowodową. Mieliśmy okazję zobaczyć, jak naukowcy tworzą przyszłość...

Optyczne przetwarzanie informacji

Dr Mario J. Paniccia, dyrektor laboratorium technologii fotoniki NEXT: Czym zajmują się naukowcy w laboratoriach Silicon Photonics? Mario J. Paniccia: Prowadzimy badania związane z fotoniką. Ta dziedzina nauki to swego rodzaju „świetlny” odpowiednik elektroniki, w którym wykorzystuje się fotony zamiast elektronów. Można też powiedzieć, że fotonika jest rozwinięciem optoelektroniki. Nie ogranicza się jednak, jak ta pierwsza, jedynie do opracowywania interfejsów umożliwiających współdziałanie urządzeń elektronicznych z optycznymi, ale zajmuje się wszystkimi aspektami związanymi z optycznym przenoszeniem i przetwarzaniem informacji. NEXT: Czy oznacza to, że dążycie do stworzenia komputera optycznego? MJP: W dłuższej perspektywie tak. W tej chwili pracujemy jednak nad połączeniem w jednym kawałku krzemu elementów optycznych oraz elektronicznych. Przyspieszy to nawet kilkakrotnie przepływ danych i przy okazji uodporni transmisję na mogące się pojawiać zakłócenia. W skrócie chodzi m.in. o skonstruowanie miniaturowych laserów półprzewodnikowych, które mogłyby być wykonane w standardowej technologii CMOS wraz z innymi elementami układu scalonego. NEXT: Czy odnieśliście w tej dziedzinie już jakieś sukcesy? MJP: Udało się nam skonstruować pierwszy na świecie krzemowy laser o działaniu ciągłym, wykonany w standardowej technologii CMOS. Istotne było też skonstruowanie modulatora umożliwiającego przesyłanie 10 Gbitów danych na sekundę. Udoskonalony niedawno potrafi teraz kodować 20 razy więcej informacji. Wraz z naukowcami z University of California Santa Barbara opracowaliśmy hybrydowy laser krzemowy, w którym można zmieniać moc wiązki – w konstrukcji tego typu laserów jest to znaczący przełom.

Siedziba Intela mieści się w Kalifornii przy 2200 Mission College Boulevard w Santa Clara. Laboratoria optyczne Silicon Photonics zajmują jedno z pięter pokaźnego budynku.

Pędzące światło

Nasz gospodarz – dr Mario J. Paniccia, dyrektor laboratorium technologii fotoniki – zaprowadził nas najpierw do pomieszczeń, w których prowadzi się badania nad krzemowo-germanowymi modulatorami optycznymi. Zadaniem tych urządzeń jest wprowadzanie informacji do optycznego sygnału pochodzącego z półprzewodnikowego lasera i przekierowanie go do światłowodu. Sygnał ten jest modulowany z bardzo dużą częstotliwością – zmieniane są jego parametry w celu zakodowania w nim informacji. Dzięki temu możliwe jest przesyłanie ogromnych ilości danych na duże odległości, z szybkością dochodzącą do setek gigabitów na sekundę.

W tym samym laboratorium testowane są również krzemowo-germanowe fotodetektory, służące do odbioru przesyłanego przez modulator sygnału, oraz lasery umożliwiające zmianę długości fali w trakcie pracy. Technologie te umożliwią w niedalekiej przyszłości przesyłanie terabajtów danych w sieciach metropolitalnych.

Hybrydowe lasery

Następnie przeszliśmy do sekcji rozwijającej technologie hybrydowych laserów półprzewodnikowych. Urządzenia te można zastosować do komunikacji między procesorami lub też do wysyłania danych do pamięci operacyjnej i z niej wewnątrz serwera. Zbudowane są w taki sposób, że na krzemowej płytce umieszczono półprzewodnikową strukturę umożliwiającą generowanie światła laserowego. Do tego dodano tzw. światłowody planarne (płaskie światłowody wytworzone na powierzchni struktury półprzewodnikowej), wyprowadzające światło na zewnątrz.

W laboratorium tym prowadzi się również prace nad półprzewodnikowymi optycznymi wielodrożnymi transmiterami – sprzętami przesyłającymi jednocześnie w różnych kierunkach (do rozmaitych urządzeń) wiązkę światła niosącą informacje. Takie transmitery mogą być wykorzystane do budowy sieci umożliwiającej spięcie kilkudziesięciu lub kilkuset komputerów rozrzuconych po całym budynku. W ten sposób można nawet pokusić się o zbudowanie rozproszonego superkomputera, który nie będzie wymagał wydzielonych pomieszczeń (serwerowni).

Fotodetektory

Kolejna pracownia zajmuje się fotodetektorami, a więc urządzeniami umożliwiającymi odbiór niesionych przez światło danych i zamianę ich na postać elektryczną. Znajdują się w niej m.in. specjalnie wyposażone mikroskopy pozwalające precyzyjnie dołączać i sprzęgać z badanymi fotodetektorami standardowe światłowody telekomunikacyjne.

Dokładność prowadzonego montażu musi dochodzić do setnych części milimetra. Najważniejsze jest jednak ustawienie światłowodu pod odpowiednim kątem. Minimalna niedokładność spowoduje, że sygnał będzie silnie tłumiony. Szkodliwe jest też pozostawienie na styku warstwy powietrza. Zapobiega się temu, korzystając z tzw. cieczy immersyjnych, w których współczynnik załamania światła jest taki sam jak w światłowodzie telekomunikacyjnym.

Jak udało się nam dowiedzieć, aby nabrać wprawy w przymocowywaniu światłowodów do płytek z fotodetektorami, potrzeba od dwóch do trzech tygodni. Jak widać, wcale nie jest to łatwe, mimo że operator ma do dyspozycji specjalne bardzo precyzyjne oprzyrządowanie.

Systemy w działaniu

W ostatnim z pomieszczeń naukowcy prowadzą praktyczne testy optycznych urządzeń, które zamontowane zostały w rzeczywistych systemach komputerowych. Działają tam m.in. różnego rodzaju magistrale danych łączące ze sobą rozmaite elementy funkcjonalne.
Szczególnie interesująca była magistrala optyczna Optical FBD Links łącząca zewnętrzną pamięć optyczną ROME (Remote Optical Memory Extension). System ten jest już prawie na ukończeniu i umożliwia serwerom blade korzystanie z bardzo szybkich zewnętrznych bloków pamięci półprzewodnikowych (przypominających sporej wielkości kości DIMM), połączonych ze sobą łączami optycznymi.

Prowadzone są również testy nad optycznymi magistralami przemysłowymi. Mają one za zadanie łączyć oddalone od siebie elementy sterujące komputerów przemysłowych czy obrabiarek numerycznych. Na tym zakończyła się nasza wizyta w laboratorium optycznym Silicon Photonics. Mamy nadzieję, że rozwiązania, które tam widzieliśmy, niedługo trafią również do domowych pecetów, zwiększając ich wydajność.

Ocena:    (aby ocenić, musisz się zalogować w serwisie)

 del.icio.us |  Wykop mnie |  Digg this story |  dodajdo.com

• Spojrzenie w przyszłość »
  reportaz: laboratoria Bell Labs
• Odzyskać utracone bity »
  reportaż z wizyty w laboratorium firmy Kroll Ontrack
• Inteligentne płyty »
  test porównawczy płyt głównych do procesorów Intela
• Europejski serwis »
  reportaż z serwisu MSI
• 4 rdzenie po raz drugi »
  INTEL CORE 2 QUAD Q9300