Исследователи из корпорации Intel заявили о значительном прорыве в области кремниевой фотоники — технологии, позволяющей передавать данные внутри полупроводниковых чипов при помощи импульсов света. В современных микросхемах передача информации осуществляется по соединениям, предлагающим существенно более низкую скорость.
В статье, опубликованной в журнале Nature Photonics, описывается новый потоковый фотодетектор (APD — Avalanche Photodetector), предназначенный для улавливания потока световых импульсов и последующего усиления сигнала в микроэлектронных устройствах.
Детектор создан на базе кремниевых компонентов, и это является его главным преимуществом. Другие аналогичные разработки подразумевают использование иных конструктивных материалов, например, соединения индия и фосфора. Такие соединения существенно дороже, что представляет собой барьер на пути запуска технологии в массовое производство. Новый фотодетектор, созданный из кремниевых компонентов, дешевле в изготовлении и, более того, имеет в несколько раз более высокую производительность.
Датчик представляет собой крошечное устройство, способное улавливать пульсации света, преобразовывая их в электрические сигналы. В отличие от других сенсоров, получающих один фотон и конвертирующих его в один электрон, APD может усиливать полученный сигнал многократно. Так, ключевая характеристика сенсора APD — усиленная полоса пропускания (gain bandwidth, произведение коэффициента усиления детектора на величину его полосы пропускания) — равна 340 ГГц, что примерно в три раза больше в сравнении с другими детекторами. Современные детекторы света имеют gain bandwidth равную 120 ГГц.
Особенностью APD является то, что его коэффициент усиления и ширина полосы могут пропорционально варьироваться, что открывает некоторые интересные возможности. Например, датчик можно настроить либо на экономную работу, либо на передачу битов на максимально длинную дистанцию. В Intel продемонстрировали возможность создания оптических связей со скоростью передачи 40 Гбит/с и еще выше.
Основная цель, которую преследует фотоника, — замена традиционных металлических соединений в чипах на световые волноводы для того, чтобы передавать информацию в десятки раз быстрее. При сохранении тенденции увеличения числа ядер в процессорах, технология передачи информации с помощью света является критически важной, решающей проблему «узкого горлышка», когда производительность ядер превышает производительность каналов передачи данных.
В течение нескольких последних лет возможные пути коммерциализации фототехнологии исследовала не только Intel, но и IBM. Выступая на конференции Intel Developer Forum в августе, главный технический директора Intel Джастин Раттнер (Justin Rattner) заявил, что кремниевая фотоника может появиться в массовых продуктах уже в 2010 г. Он добавил, что согласно его видению технология должна появиться сначала в процессорах для настольных ПК, а уже затем — для серверов. Это бы указало на то, что фотоника готова к использованию на массовом рынке, в потребительских товарах.
В разработке нового фотодетектора принимали участие: Агентство передовых оборонных исследовательских проектов США (DARPA), ученые из нескольких американских университетов, а также компания Numonyx, созданная Intel и STMicroelectronics в 2008 г.
Intel ведет разработку и еще одной интересной технологии под названием WISP, которая позволит создавать полностью автономные чипы, не подключаемые к каким-либо источникам электрической энергии, в которых отсутствуют аккумуляторные батареи. Микрочипы смогут заряжать себя сами, черпая энергию из окружающей среды — извлекая ее из перепадов температур, трения, радиоволн и так далее. Об этом на прошедшей в выходные пресс-конференции в Сан-Франциско рассказал Джастин Раттнер. По его словам, после установки таких систем можно будет забыть об их обслуживании.
Это могут быть датчики пожара, движения, термометры, измерители кровеносного давления в теле пациента, передающие информацию по беспроводной связи, — вариантов применения бесчисленное множество. В теории возможно масштабирование автономного датчика до молекулярного уровня. Такие микросистемы смогут, например, обнаруживать проникновение вируса в воздух или другую среду.
|
