Silikon fotoniği. Silikon fotonik: Işık elektriğin yerini alacak mı? Yarı iletken fotonik cihazların ekonomik olarak önemli uygulamaları şunları içerir:

65 nanometre 300-350 milyon avroya mal olacak Zelenograd Angstrem-T tesisinin bir sonraki hedefi. Tesisin yönetim kurulu başkanı Leonid Reiman'a atıfta bulunan Vedomosti'nin bu hafta bildirdiğine göre, işletme Vnesheconombank'a (VEB) üretim teknolojilerinin modernizasyonu için yumuşak bir kredi başvurusunda bulundu bile. Şimdi Angstrem-T, 90nm topolojiye sahip çip üretimi için bir hat başlatmaya hazırlanıyor. Satın alındığı önceki VEB kredisinin ödemeleri 2017 yılının ortalarında başlayacak.

Pekin Wall Street'i yıktı

ABD'nin kilit endeksleri Yeni Yılın ilk günlerini rekor bir düşüşle işaretledi, milyarder George Soros şimdiden dünyanın 2008 krizinin tekrarını beklediği konusunda uyardı.

60 $ fiyatla ilk Rus tüketici işlemcisi Baykal-T1 seri üretime girdi

Baykal Electronics şirketi, 2016'nın başında, yaklaşık 60 dolar değerinde Rus Baykal-T1 işlemcisini endüstriyel üretime sokmayı vaat ediyor. Piyasa katılımcıları, bu talebin devlet tarafından yaratılması halinde cihazların talep göreceğini söylüyor.

MTS ve Ericsson, Rusya'da 5G'yi ortaklaşa geliştirecek ve uygulayacak

PJSC "Mobile TeleSystems" ve Ericsson, Rusya'da 5G teknolojisinin geliştirilmesi ve uygulanması konusunda işbirliği anlaşmaları imzaladı. 2018 Dünya Kupası da dahil olmak üzere pilot projelerde MTS, İsveçli satıcının gelişmelerini test etmeyi amaçlıyor. Operatör, gelecek yılın başında, beşinci nesil mobil iletişim için teknik gereksinimlerin oluşturulması konusunda Telekom ve Kitle İletişim Bakanlığı ile bir diyalog başlatacak.

Sergey Chemezov: Rostec şimdiden dünyanın en büyük on mühendislik şirketinden biri

Rostec başkanı Sergey Chemezov, RBC ile yaptığı röportajda yanan soruları yanıtladı: Platon sistemi, AVTOVAZ'ın sorunları ve beklentileri, Devlet Kurumunun ilaç sektöründeki çıkarları, yaptırımlar karşısında uluslararası işbirliği hakkında konuştu baskı, ithal ikamesi, yeniden yapılanma, kalkınma stratejileri ve zor zamanlarda yeni fırsatlar.

Rostec "korunuyor" ve Samsung ve General Electric'in defnelerine tecavüz ediyor

Rostec Denetim Kurulu, "2025'e Kadar Kalkınma Stratejisi"ni onayladı. Ana görevler, yüksek teknolojili sivil ürünlerin payını artırmak ve temel finansal göstergelerde General Electric ve Samsung'u yakalamaktır.

Günümüzde optik bağlantılar öncelikle cihazdan cihaza veya optik ağlarda kullanılmaktadır. Ana bileşenleri ve işleyiş ilkeleri, öncekilerden birinde tartışılmaktadır. Bununla birlikte, üç ara bağlantı kategorisi daha vardır - karttan karta, çipten çipe ve devre içi bağlantılar, optik bağlantıların uygulanmasındaki ana zorluk, optik ve elektronik işlevleri ortak bir yarı iletken alt tabaka üzerinde birleştirme ihtiyacıdır. . Bu problem, ışığı oluşturmak, iletmek, kontrol etmek ve algılamak için silikon bazlı malzemeler kullanan silikon fotonik ile çözülebilir.

motifler

Kart düzeyinde optik iletişim kanallarının geliştirilmesine olan ilgi, blade sunucularının yaratılmasından kaynaklandı. Burada, optik teknolojilerin uygulanması için bariz nesne arka paneldir. Tipik olarak, tipik uzunlukları 1 m'ye kadar olan yüksek hızlı noktadan noktaya veya çok noktalı bağlantılar uygular.Optik patch panellerin temel faydaları arasında düşük karışma ve yüksek bant genişliği bulunur. Ancak, günümüzün optik patch panellerinin çoğu daha çok patch panellere benziyor. Silikon bazlı polimerik fiberler, dikey boşluklu yüzey yayan lazerler (VCSEL'ler) ile entegre şerit fiberler, düzlemsel fiber devreler ve fotodiyotlar dahil bir dizi optik teknoloji gösterdiler. Ancak bazı niş uygulamalar dışında hiçbiri bakır bağlantıların yerini almamıştır.

İşlemci endüstrisindeki saat hızı yarışının durup durmayacağını tahmin etmek zor, çünkü Moore yasasını tahmin ederek, 2010'un sonunda 10 GHz civarında saat hızına sahip çipler bekleyebiliriz. Bununla birlikte, mevcut frekanslarda bile, bakır çubuklara dayalı baskılı devre kartlarında veya modüllerde gerekli bant genişliğini sağlamak giderek zorlaşıyor. Bakır kablolu FR-4 (Alev Direnci 4) baskılı devre kartlarındaki kayıpların 1 GHz üzerindeki frekanslarda hızla arttığı, sinyal-gürültü oranının bozulduğu ve zamanlama hatalarının ortaya çıktığı gösterilmiştir. Ayrıca, karışma, kablolama yoğunluğunu sınırlar. Mikro devreler arasında 10 cm uzunluğa kadar yüksek hızlı optik kanalların bakır olanlara göre bir takım avantajları vardır. Daha yüksek bant genişliği ile daha düşük kayıplara sahiptirler ve EMI karışmaya tabi değildirler. Son 20 yılda, bakır kablolamanın sınırlamalarının üstesinden gelmek için optik teknolojiler önerildi, ancak nispeten yüksek maliyet ve egzotik malzemelerin kullanımı, onları büyük ölçekli üretim için uygun hale getirdi.

Birkaç gigahertz frekansında çalışan entegre devreler içindeki elektrik bağlantılarının gelişimi de sürekli olarak daha karmaşık hale geliyor. Böyle bir durumda, tipik uzunluğu 1 cm'den az olan optik kanallar potansiyel olarak çekici hale gelir.Aşağıdaki nedenler buna katkıda bulunur:

• bakır iletkenlerin kullanımına kıyasla gecikme sürelerinin azaltılması;
• transistörlerin saat frekanslarının büyümesini kısıtlamayan geniş bir bant genişliği;
• azaltılmış güç tüketimi;
• elektromanyetik girişime karşı duyarsızlık.

Ancak günümüzde optik ve elektroniğin entegrasyonu üzerine yapılan çalışmalar yalnızca ilk aşamalarında değil, aynı zamanda geleneksel bakır bazlı teknolojilere kıyasla çok pahalıdır.

Intel, sorunu çözme yaklaşımı silikon fotoniğine dayanan bu alanda çok yoğun araştırmalar yürütüyor. Burada önerilen entegre platformun ana yapı taşları, ayarlanabilir bir dış boşluk lazeri (ECL), bir silikon modülatörü, bir silikon-germanyum fotodedektörü ve düşük maliyetli ara bağlantı teknolojisidir.

Silikon ışık kaynakları

Silikon bazlı lazerler henüz elde edilemese de, görünür ve kızılötesi aralıklarda yayan bu tür ışık kaynakları üzerinde çalışmalar tüm dünyada yaygın olarak yapılmaktadır. Silikon kaynakları, hem optik elemanların hem de kontrol elektroniğinin tek bir alt tabaka üzerinde üretilmesini mümkün kıldıklarından, monolitik entegrasyon için organik parçalardan biridir. Silikon fiberler kullanıldığında, radyasyon, bu pencerede kayıplar minimum olduğundan, dalga boyu 1,1 μm'den fazla olan kızılötesi aralığında olmalıdır.

Şu anda, çoğu araştırma, elektriksel pompalama sonucu elde edilen elektrolüminesans - radyasyon etkisinin kullanılması yönünde yürütülmektedir. Güvenilir ve verimli silikon yayıcılar elde edilene kadar, hibrit entegrasyon olasılığı, yani silikon ışık kılavuzlarına bağlı silikon olmayan ışık kaynaklarının kullanımı değerlendirilmektedir.

Silikon ışık kaynaklarının üretilmesindeki zorluk, dolaylı geçişli bir bant aralığının varlığından kaynaklanmaktadır. Bu, ışınımsız geçişlerin (özellikle Auger rekombinasyonu) olasılığının ışık emisyonundan daha yüksek olmasına yol açar.

Kızılötesi radyasyon elde etmek için, örneğin erbiyum gibi uygun safsızlıkları silikona sokmak gerekir. Erbiyum katkılı silikon lifler, kafes içinde optik olarak aktif iyonlar oluşturmak için ek olarak oksijen katkılıysa, kızılötesi aralıkta yayar. Bununla birlikte, bu tür bir cihazın önemli bir dezavantajı vardır: radyasyon yoğunluğu 100°K'de nispeten yüksek olmasına rağmen, oda sıcaklığında keskin bir şekilde düşer.

Silikonda ışık çıkışının verimini arttırmanın bir sonraki yolu, elektron deliği rekombinasyonu sırasında ışıma yapmayan geçişlerin sayısını azaltmaktır. Bu, kafes içindeki ışınımsal olmayan rekombinasyon merkezlerine taşıyıcıların difüzyonunu azaltarak elde edilir, bu da ışık emisyonu ile geçişlerin olasılığını arttırır. VLSI teknolojisi ile uyumlu bu tür sınırlama yöntemlerinden biri, nanokristallerin kullanımına dayanmaktadır. Diğer araçlar, GeSi veya kafes kusurlarında kuantum kuyularının kullanımını içerir.

Diğer dalga boylarında radyasyon elde etmek için erbiyum dışındaki safsızlıklar dahil edilebilir. Örneğin terbiyum, 0,98 ve 0,54 mikron dalga boylarında radyasyon sağlar. Ancak bu tür cihazların ömrü ve güvenilirliği pratik uygulamalar için çok düşüktür.

Tüm doğru akım silikon ışık kaynakları türleri için bir başka sınırlama, 1 MHz mertebesinde düşük doğrudan modülasyon hızıdır. Bu, yüksek hızlı kanallar oluşturmak için harici modülatörlere ihtiyaç duydukları anlamına gelir.

Cihaz mimarisi

Silikon ışık kaynaklarının yaratılmasıyla ilgili çalışmalar devam ediyor, ancak henüz tamamlanmaktan çok uzaklar. Güvenilir ve verimli bir silikon ışık kaynağı ortaya çıkana kadar, entegre fotonik sistemleri, periyodik tablonun III-V gruplarının geleneksel malzemelerine ihtiyaç duyacaktır.

Intel'in ardından, istenen dalga boyunu elde etmek için, III-V gruplarının bir kristali tarafından üretilen ışık için bir filtre olarak harici boşluklu bir lazer ve Bragg ızgaralı bir silikon fiberin nasıl kullanılabileceğine dair bir örnek vereceğiz. optik iletişim. Silikondaki güçlü termo-optik etki, üretilen dalgayı ayarlamak için kullanılabilir.

Bragg ızgarası, bir yalıtkan üzerinde silikon (SOI) levhasının çok sayıda 1.2 x 2.3 x 3.4 um oluk ile aşındırılmasıyla yapılmıştır. Ardından, ayrıntılarını atladığımız uygun işlemden sonra, ışık kılavuzuna Bragg ızgarası yerleştirildi. ELC, bir amplifikatör çipi ile bir Bragg ızgarası içeren bir ışık kılavuzunun eklenmesiyle oluşturulmuştur. Rezonatör, bir tarafta ayna görevi gören bir Bragg ızgarası ile karşı tarafta bir ayna oluşturan %90 yansıtıcı kaplamaya sahip bir amplifikatör çipi arasında oluşturulmuştur. Bragg ızgaralı ışık kılavuzu, yükseltici çipe 8°'lik bir açıyla bağlandı ve bu, yansıtıcı olmayan kaplama ile birlikte yüzün etkin yansıtıcılığını 10-5'e düşürdü. Üretilen ışın, üzerine %90 yansıtıcı kaplamanın uygulandığı lazer diyotun yüzünden çıktı ve lensli tek modlu bir optik fiberin konisine düştü (Şekil 1). Lens, optik fiber ve lazer arasındaki bağlantıyı arttırmaya hizmet etti. Bragg ızgarası kullanan harici rezonatörlü bir lazerin çalışma prensibini daha iyi anlamak için şemasını daha geleneksel bileşenler üzerinde sunuyoruz (Şekil 2).

Silikon modülatörleri

Bu nedenle, III-V gruplarının karmaşık bir yarı iletken diyotuna ve bir silikon Bragg ızgarasına dayanan ayarlanabilir bir lazer yukarıda açıklanmıştır. Ancak çıkış lazeri, bilgi taşımayan sürekli bir dalga üretir. Optik iletişim kanalları üzerinden veri iletmek için bir optik modülatör gereklidir. Modülasyon frekansı 1 GHz'in üzerinde olan bu tür cihazlar tipik olarak ya lityum niyobat (LiNbO3) ferroelektrik kristallerinden ya da lokalize Stark etkisi (bir atomun etkisi altında bir atomun spektral çizgilerinin bölünmesi) kullanılarak birçok kuantum kuyusuna sahip karmaşık yarı iletkenlerden imal edilmiştir. harici elektrik alanı) veya elektroabsorbsiyonun etkisi. Bu cihazlarda modülasyon frekansı 40 GHz'e ulaşır.

Ucuz çözümlere yönelik pazar talebi, silikon bazlı modülatörlerin gelişimini teşvik etti. Ek olarak, silikon fotonik, CMOS teknolojisine dayalı monolitik entegre optik elemanların elde edilmesini mümkün kılar.

Silikon bazlı optik modülatörler birçok araştırma merkezi tarafından önerilmiş ve gösterilmiştir. Burada Mach-Zehnder interferometre (MCI) tabanlı bir cihazın deneysel bir versiyonunu sunuyoruz. Pasif silikon dalga kılavuzu MZI'de yerleşik bir MOS kapasitöre dayalı bir faz kaydırma devresinin orijinal gelişimi sayesinde, 1,55 μm dalga boyu için 2,5 GHz'lik bir modülasyon frekansı elde etmek mümkündür.

MCI'nin şematik bir temsili, şekil 2'de gösterilmektedir. 3. Gelen ışık iki eşit parçaya bölünür ve interferometrenin iki koluna yönlendirilir. Her biri, uygulanan bir voltaj yardımıyla koldaki ışığın yayılma hızını hafifçe değiştiren aktif bir bölüm içerebilir. Sonuç olarak, çıkışta kirişlerin faz kayması elde edilir, bu da girişim nedeniyle ortaya çıkan ışında yoğunluk dalgalanmalarına yol açar.

Silikon fotodedektörler

Tamamen silikon optik platforma yerleştirilecek son aktif bileşen fotodedektördür. Silikon fotodedektörler, bu dalga boylarında yüksek verimlilikleri nedeniyle, dijital kameralar ve tarayıcılar gibi görünür ışık aralığını (0,4-0,7 µm) kullanan uygulamalar için halihazırda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, iletişimde kullanılan yarı iletken lazerlerin çoğu, tipik olarak 850, 1310 ve 1550 nm'lik yakın kızılötesi bölgesinde, silikonun saydam olduğu, yani zayıf bir dedektör olduğu bir aralıkta çalışır. Silikon fotodedektörlerin çıkış akımını arttırmanın en yaygın yolu, band aralığının azalmasına ve algılanan ışığın dalga boyunun artmasına neden olan germanyum eklemektir.

Şek. Şekil 4, Intel tarafından geliştirilen SiGe ışık kılavuzlarına dayalı bir fotodedektörün bir kesitini göstermektedir. Daha önce tartışılan modülatörle aynı SOI platformunda yapılır. SiGe katmanı, fiberin silikon boncukunun üstünde bulunur.

Dedektörün ilk versiyonu, emici bir malzeme olarak Si0.5Ge0.5'e dayalı 18 kuantum kuyusu kullandı. Bazı cihazlar için hassasiyet, 1316 nm ışık dalga boyunda 0.1 A / V'ye ulaştı. Geliştiriciler, bazı iyileştirmeler yoluyla duyarlılığın 0,5 A/V'ye yükseltilebileceğine inanıyor. Deliklerin taşınmasını engelleyen değerlik bandındaki önemli bir kayma nedeniyle bant genişliği 500 MHz'in altındaydı. Ancak filmin kompozisyonu değiştirilerek bu eksikliğin giderilebileceğine inanılıyor. Modelleme, çıktının 10 Gbps'ye ulaşabileceğini gösteriyor.

Silikon bazlı düzlemsel optik alanındaki araştırmalar, dünya çapında birçok laboratuvarda birkaç on yıldır yürütülüyor, ancak henüz endüstriyel tasarımlar elde edilmedi. Bununla birlikte, son yıllarda gerçek sorunları ve bunları çözmenin olası yollarını anlamada önemli ilerlemeler kaydedilmiştir.

kuantum kuyuları

Kuantum kuyusu, parçacıkların hareketini sınırlayan potansiyel bir kuyudur. İçeri girerken, daha önce üç boyutlu uzayda serbestçe hareket eden parçacıklar sadece düz bir alanda, aslında iki boyutlu olarak hareket edebilir. Kuantum kuyusunun boyutu, taşıyıcıların (genellikle elektronlar veya delikler) de Broglie dalga boyu ile karşılaştırılabilir hale geldiğinde, hareket sınırlayıcı etki ortaya çıkar. Bir kuantum kuyusunun nasıl yaratıldığını niteliksel düzeyde ele alalım.

Bilindiği gibi, bant teorisine göre, bir yarıiletkenin enerji spektrumu üç banttan (aşağıdan yukarıya) oluşur: değerlik bandı, bant aralığı ve iletim bandı. Geniş bant aralıklı iki yarı iletken katmanı arasına dar bant aralığına sahip ince bir yarı iletken tabakası yerleştirilirse, enerjisi geniş bant aralıklarının enerji seviyesinden daha düşük olan orta ince tabakanın iletim bant elektronları bitişik yarı iletkenler, oluşturdukları potansiyel bariyeri geçemezler. Böylece, iki heteroeklem, elektronların hareketini iki taraftan sınırlar, yani elektronlar bir yönde tutulur. Kuantum kuyusundaki elektron gazının hareketinin iki boyutlu hale geldiğini söyleyebiliriz.

Bu yıl 18 Eylül'de Intel, California Üniversitesi, Santa Barbara ile birlikte, silikon dalga kılavuzu aracılığıyla ışık yayma ve yayma yeteneğini birleştiren ve aynı zamanda düşük maliyetten yararlanan dünyanın ilk elektrikle pompalanan hibrit silikon lazerini sergiledi. silikon üretimi.. Hibrit silikon lazerin oluşturulması, gelecekte bilgisayar elektroniğinin temelini oluşturacak düzinelerce hatta yüzlerce ucuz lazer içeren silikon çipler elde etme yolunda atılan bir diğer adımdır.

Silikon fotonik tarihi

Silikon fotonik, Intel Corporation'ın araştırma çalışmasındaki ana yönlerden biridir. Şirketin bu alandaki bir sonraki atılımı, dünyanın ilk elektrikle pompalanan hibrit silikon lazerinin yaratılmasıydı.

Şimdi, aslında, silikon mikro devrelerin üretimi için köklü teknolojiyi kullanan optik yükselticilerin, lazerlerin ve ışık dalga boyu dönüştürücülerinin yaratılmasının yolu açıldı. Yavaş yavaş, fotoniklerin "silikonizasyonu" bir gerçeklik haline geliyor ve gelecekte hem bilgisayarın içinde hem de dışında veri alışverişine izin veren pahalı olmayan yüksek performanslı optik devreler yaratmayı mümkün kılacaktır.

Optik iletişim sistemlerinin geleneksel kablo sistemlerine göre belirli avantajları vardır ve bunların başında muazzam bant genişliği gelmektedir. Örneğin, günümüzde iletişim sistemlerinde kullanılan optik fiberler aynı anda 128'e kadar farklı veri akışını iletebilir. Fiber üzerinden veri iletimi için teorik sınırın saniyede 100 trilyon bit olduğu tahmin edilmektedir. Bu devasa rakamı sunmak için basit bir karşılaştırma yapalım: böyle bir bant genişliği, telefon konuşmalarının gezegenin tüm sakinlerine aynı anda iletilmesini sağlamak için oldukça yeterlidir. Bu nedenle, optik iletişim sistemlerinin tüm araştırma laboratuvarlarının yakın ilgisini çekmesi oldukça anlaşılır bir durumdur.

Işık radyasyonu kullanarak bilgi iletmek için, birkaç zorunlu bileşene sahip olmak gerekir: radyasyon kaynakları (lazerler), bilgilerin ışık dalgasına gömülü olduğu ışık dalgası modülatörleri, veri iletimi için dedektörler ve optik fiber.

Farklı dalga boylarında ve modülatörlerinde dalgalar yayan birkaç lazer yardımıyla, tek bir optik fiber üzerinden birçok veri akışını aynı anda iletmek mümkündür. Alıcı tarafta, bilgi işleme için, farklı dalga boylarına sahip taşıyıcıları gelen sinyalden ayıran bir optik demultiplexer ve optik sinyallerin elektriksel sinyallere dönüştürülmesine izin veren optik dedektörler kullanılır. Optik iletişim sisteminin blok şeması, Şek. 1.

Pirinç. 1. Bir optik iletişim sisteminin yapısal şeması

Optik iletişim sistemleri ve optik devreler alanındaki araştırmalar 1970'lerde başladı - daha sonra optik devreler, içinde bir verici cihazın, modülatörün, amplifikatörün, dedektörün ve gerekli tüm elektronik Bileşenler. Ancak, bu fikrin pratik uygulaması, optik devrelerin bileşenlerinin farklı malzemelerden yapılmış olması nedeniyle engellendi, bu nedenle gerekli tüm bileşenleri silikon bazlı tek bir platforma (çip) entegre etmek imkansızdı. Silikonun elektronik alanındaki zaferine rağmen, optikte kullanımı oldukça şüpheli görünüyordu.

Optik devreler için silikon kullanma olasılığının araştırılması, 1980'lerin ikinci yarısından beri uzun yıllardır devam etmektedir. Ancak bu süre zarfında çok az ilerleme kaydedilmiştir. Diğer malzemelerle karşılaştırıldığında, optik devreler oluşturmak için silikon kullanma girişimleri beklenen sonuçları getirmedi.

Gerçek şu ki, silikon kristal kafesin bant aralığının yapısal özellikleri nedeniyle, içindeki yüklerin yeniden birleştirilmesi, oluşturulmasına izin vermeyen fotonların emisyonuna değil, esas olarak ısı salınımına yol açar. uyumlu radyasyon kaynakları olan yarı iletken lazerler. Aynı zamanda, galyum arsenit veya indiyum fosfit gibi yarı iletkenlerde, rekombinasyon enerjisi esas olarak kızılötesi fotonlar şeklinde serbest bırakılır; bu nedenle, bu malzemeler foton kaynakları olarak hizmet edebilir ve lazerler oluşturmak için kullanılabilir.

Silikonun optik devreler oluşturmak için bir malzeme olarak kullanılmasını engelleyen bir başka neden, silikonun, geleneksel hızlı optik modülatörlerin inşa edildiği temelinde doğrusal bir elektro-optik Pockels etkisine sahip olmamasıdır. Pockels etkisi, uygulanan bir elektrik alanının etkisi altında bir kristaldeki ışığın kırılma indisinin değiştirilmesinden oluşur. Bu etki nedeniyle ışığın modüle edilebilmesidir, çünkü bir maddenin kırılma indisindeki ilgili bir şekilde bir değişiklik, iletilen radyasyonun fazında bir değişikliğe yol açar.

Pockels etkisi kendini sadece piezoelektrikte gösterir ve düşük ataleti nedeniyle teorik olarak 10 THz frekansa kadar ışık modülasyonuna izin verir. Ek olarak, kırılma indisi ve elektrik alan gücü arasındaki doğrusal ilişki nedeniyle, ışık modüle edildiğinde doğrusal olmayan bozulma nispeten küçüktür.

Diğer optik modülatörler, uygulanan bir elektrik alanının etkisi altında ışığın elektro-soğurulması veya elektro-kırılması gibi etkilere dayanır, ancak bu etkiler de silikonda zayıf bir şekilde ifade edilir.

Silikondaki ışığın modülasyonu, termal etki temelinde elde edilebilir. Yani silikon sıcaklığı değiştiğinde kırılma indisi ve ışık absorpsiyon katsayısı değişir. Bununla birlikte, histerezisin varlığından dolayı, bu tür modülatörler oldukça inerttir ve birkaç kilohertz'den daha yüksek bir modülasyon hızının elde edilmesine izin vermez.

Silikon modülatörlerine dayanan bir başka radyasyon modülasyonu yöntemi, ışık absorpsiyonunun serbest taşıyıcılar (delikler veya elektronlar) üzerindeki etkisine dayanır. Bu modülasyon yöntemi aynı zamanda yüksek hızların elde edilmesine de izin vermez, çünkü kendi içinde inert bir süreç olan silikon modülatörün içindeki yüklerin fiziksel hareketi ile ilişkilidir. Aynı zamanda, açıklanan etkiye dayanan silikon modülatörlerinin teorik olarak 1 GHz'e kadar bir modülasyon hızını koruyabildiği, ancak pratikte şimdiye kadar 20 MHz'e kadar olan modülatörlerin uygulanmış olduğu belirtilmelidir.

Optik devreler için malzeme olarak silikon kullanmanın tüm zorluklarına rağmen, son zamanlarda bu yönde önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Anlaşıldığı üzere, silisyumun erbiyum (Er) ile katkılanması, bant aralığının yapısını, yük rekombinasyonuna foton emisyonunun eşlik edeceği şekilde değiştirir, yani yarı iletken lazerler elde etmek için silikon kullanmak mümkün hale gelir. . İlk ticari katkılı silikon lazer, ST Micro-electronics tarafından geliştirildi. 2002'de Intel tarafından gösterilen ayarlanabilir yarı iletken lazerlerin kullanımı da umut verici. Bu tür lazerler, rezonatör olarak bir Fabry-Perot interferometresi kullanır ve birkaç frekansta (çok modlu) yayar. Tek renkli radyasyonu izole etmek için kırınım ızgaralarına (dağıtıcı filtreler) dayalı özel harici filtreler kullanılır - Şek. 2.

Pirinç. 2. Filtreli ayarlanabilir lazerler
dispersiyon ızgaralarına dayalı

Harici bir dağıtıcı rezonatör ile elde edilen lazer sistemi, radyasyon dalga boyunun ayarlanmasını mümkün kılar. Geleneksel olarak, gerekli dalga boyunu elde etmek için filtreler rezonatöre göre ince ayarlıdır.

Intel, hiçbir hareketli parçası olmayan ayarlanabilir bir lazer yaratmayı başardı. Bir dalga kılavuzunun içine yerleştirilmiş bir ızgaraya sahip ucuz bir çok modlu lazerden oluşur. Izgara sıcaklığını değiştirerek, belirli bir dalga boyuna ayarlamak, yani ayrı lazer modları arasında geçiş yapmak mümkündür.

Silikon Optik Modülatörleri

Şubat 2004'te Intel, 1 GHz'de dünyanın ilk silikon optik faz modülatörünü göstererek silikon fotoniklerinde başka bir atılım yaptı.

Bu modülatör, ışık saçılımının serbest yük taşıyıcıları üzerindeki etkisine dayanır ve yapısında birçok yönden SOI (yalıtkan üzerinde silikon) teknolojisine dayalı bir CMOS transistörünü andırır. Optik faz modülatörünün yapısı, Şek. 3.

Pirinç. 3. Bir optik silikon faz modülatörünün yapısal diyagramı

Bir yalıtkan tabakası (silikon dioksit) ile kristalin silikon bir substrat üzerinde bir kristalin silikon tabakası vardır. n-tip. Bunu, merkezinde bir polikristal silikon tabakası olan bir silikon dioksit tabakası takip eder. P-bir dalga kılavuzu işlevini yerine getiren tip. Bu katman kristal silikondan ayrılır. n-kalınlığı sadece 120 angstrom olan en ince yalıtkan tabakasını (kapı dielektrik) yazın. Metal temasından kaynaklanan ışık saçılımını en aza indirmek için, metal kontaklar, dalga kılavuzunun her iki tarafında ince bir polikristal silikon tabakası ile silikon oksit tabakasından ayrılır.

Kapı elektroduna pozitif bir voltaj uygulandığında, kapı dielektrikinin her iki tarafında ve dalga kılavuzu tarafında (polikristal silikon) bir yük indüklenir. P-type) bunlar deliklerdir ve silikonun yanından n-tip - serbest elektronlar.

Silikonda serbest yüklerin varlığında silikonun kırılma indisi değişir. Kırılma indisindeki bir değişiklik, sırayla, iletilen ışık dalgasının bir faz kaymasına neden olur.

Yukarıda ele alınan modülatör, referans sinyalinin faz modülasyonunu üretmeyi mümkün kılar. Faz modülasyonunu genlik modülasyonuna dönüştürmek için (bir referans sinyalinin yokluğunda fazda modüle edilen bir sinyali tespit etmek zordur), optik modülatör ayrıca her biri iki kola sahip olan bir Mach-Zender interferometre (MZI) kullanır. bir faz optik modülatörünü entegre eder (Şekil 4).

Pirinç. 4. Optik modülatörün blok şeması

Faz optik modülatörlerinin interferometrenin her iki kolunda kullanılması, interferometre kollarının optik uzunluklarının eşitliğini sağlamayı mümkün kılar.

Optik fiber boyunca yayılan referans ışık dalgası, bir Y ayırıcı tarafından her biri interferometrenin kollarından biri boyunca yayılan iki uyumlu dalgaya bölünür. Her iki dalga da interferometre kollarının birleşme noktasında aynı fazdaysa, bu dalgaların eklenmesi sonucunda, interferometreden öncekiyle aynı dalga elde edilir (bu durumda kayıplar ihmal edilir) (yapıcı girişim). Dalgalar antifazda (yıkıcı girişim) eklenirse, ortaya çıkan sinyalin genliği sıfır olacaktır.

Bu yaklaşım, taşıyıcı sinyalin genlik modülasyonunu gerçekleştirmeyi mümkün kılar - faz modülatörlerinden birine voltaj uygulayarak, interferometrenin kollarından birindeki dalganın fazı değiştirilir. n veya hiç değişmez, böylece yıkıcı veya yapıcı girişim için bir koşul sağlar. Böylece, faz modülatörüne bir frekans ile bir voltaj uygulamak F, aynı frekansta sinyalin genlik modülasyonunu gerçekleştirmek mümkündür. F.

Daha önce belirtildiği gibi, Şubat 2004'te gösterilen Intel'in silikon optik modülatörü, radyasyonu 1 GHz hızında modüle etme yeteneğine sahipti. Daha sonra, Nisan 2005'te Intel, 10 GHz frekansında çalışan bir modülatör gösterdi.

Raman sürekli silikon lazer

Şubat 2005'te Intel bir başka teknolojik atılımı duyurdu - Raman etkisine dayalı sürekli dalga silikon lazerin yaratılması.

Raman etkisi oldukça uzun bir süredir kullanılmaktadır ve optik fiberlere dayalı ışık amplifikatörleri ve lazerler oluşturmak için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu tür cihazların çalışma prensibi aşağıdaki gibidir. Bir dalga boyuna sahip lazer radyasyonu (pompa radyasyonu) bir optik fibere enjekte edilir (Şekil 5). Bir optik fiberde, fotonlar kristal kafesin atomları tarafından emilir, bu da sonuç olarak "sallanmaya" (titreşim fononları oluşur) başlar ve ayrıca daha düşük enerjili fotonlar oluşur. Yani, dalga boyuna sahip her bir fotonun absorpsiyonu l=1.55mm dalga boyuna sahip bir fonon ve foton oluşumuna yol açar. l=1.63mm.

Pirinç. 5. Raman etkisi nedeniyle bir ışık yükselticisinin çalışma prensibi

Şimdi, pompa radyasyonu ile aynı fibere bağlanan ve uyarılmış foton emisyonu ile sonuçlanan modüle edilmiş radyasyon olduğunu hayal edin. Sonuç olarak, böyle bir fiberdeki pompa radyasyonu kademeli olarak sinyale, modüle edilmiş, güçlendirilmiş radyasyona dönüştürülür, yani optik amplifikasyon etkisi elde edilir (Şekil 6).

Pirinç. 6. Geliştirmek için Raman efektini kullanma
optik fiberde modüle edilmiş radyasyon

Ancak sorun, pompa demetinin sinyal radyasyonuna bu şekilde dönüştürülmesinin ve buna bağlı olarak sinyal radyasyonunun amplifikasyonunun, hem sinyal radyasyonunun hem de pompa radyasyonunun fiber boyunca birkaç kilometre boyunca hareket etmesini gerektirmesidir. Tabii ki, çok kilometrelik optik fibere dayanan amplifikasyon şemaları, uygulamalarının önemli ölçüde sınırlı olması nedeniyle basit ve ucuz olarak adlandırılamaz.

Optik fiberin temeli olan camdan farklı olarak, silikondaki Raman etkisi 10 bin kat daha güçlüdür ve optik fiberdekiyle aynı sonucu elde etmek için pompa radyasyonunun ve sinyal radyasyonunun sadece birkaç santimetre birlikte yayılması yeterlidir. . Böylece, silikonda Raman etkisinin kullanılması, minyatür ve ucuz ışık yükselteçleri veya optik lazerler oluşturmayı mümkün kılar.

Bir silikon optik amplifikatör veya Raman lazer oluşturma süreci, bir optik silikon dalga kılavuzunun oluşturulmasıyla başlar. Bu teknolojik süreç, silikon substratlar kullanarak geleneksel CMOS yongaları oluşturma sürecinden farklı değildir; bu, elbette, üretim sürecinin maliyetini önemli ölçüde azalttığı için büyük bir avantajdır.

Böyle bir silikon dalga kılavuzuna beslenen radyasyon sadece birkaç santimetre yol alır, bundan sonra (Raman etkisinden dolayı) tamamen daha uzun bir dalga boyuna sahip sinyal radyasyonuna dönüştürülür.

Deneyler sırasında, pompa radyasyon gücünün sadece belirli bir sınıra kadar arttırılmasının tavsiye edildiği ortaya çıktı, çünkü güçte daha fazla bir artış sinyal radyasyonunda bir artışa yol açmaz, aksine, zayıflamasına. Bu etkinin nedeni, anlamı aşağıdaki gibi olan iki foton absorpsiyonudur. Silikon, kızılötesi radyasyon için optik olarak şeffaf bir maddedir, çünkü kızılötesi fotonların enerjisi silikonun bant aralığından daha azdır ve silikon atomlarını bir elektronun serbest bırakılmasıyla uyarılmış bir duruma aktarmak yeterli değildir. Bununla birlikte, fotonların yoğunluğu yüksekse, iki foton aynı anda bir silikon atomuyla çarpıştığında bir durum ortaya çıkabilir. Bu durumda, toplam enerjileri, bir elektronun serbest bırakılmasıyla atomu aktarmak için yeterlidir, yani atom, iki fotonun aynı anda emilmesiyle uyarılmış bir duruma geçer. Bu işleme iki foton absorpsiyonu denir.

İki foton absorpsiyonunun bir sonucu olarak üretilen serbest elektronlar sırasıyla hem pompa hem de sinyal radyasyonunu emer ve bu da optik amplifikasyon etkisinin güçlü bir şekilde zayıflamasına yol açar. Buna göre, pompa radyasyon gücü ne kadar yüksek olursa, iki foton absorpsiyonunun ve radyasyonun serbest elektronlar üzerindeki absorpsiyonunun etkisi o kadar güçlü olur. Uzun süre ışığın iki foton absorpsiyonunun olumsuz sonucu, sürekli dalga silikon lazerin oluşturulmasını engelledi.

Intel laboratuvarında oluşturulan bir silikon lazerde, ilk kez, iki fotonlu radyasyon absorpsiyonunun etkisinden kaçınmak mümkün oldu, daha doğrusu iki foton absorpsiyon fenomeninin kendisi değil, olumsuz sonuçları - absorpsiyon ortaya çıkan serbest elektronlar üzerindeki radyasyonun Silikon lazer sözde bir PIN yapısıdır (P-tipi - Intrinsic - N-tipi) (Şekil 7). Böyle bir yapıda, bir P- ve N-bölgesi olan bir yarı iletken yapının içine bir silikon dalga kılavuzu gömülüdür. Böyle bir yapı, bir tahliye ve kaynağa sahip düzlemsel bir transistör devresine benzer ve bir kapı yerine bir silikon dalga kılavuzu entegre edilmiştir. Silikon dalga kılavuzunun kendisi, bir silikon oksit kabuk (kırılma indeksi 1.5) ile çevrelenmiş enine kesitte (kırılma indeksi 3.6) silikon dikdörtgen bir bölge olarak oluşturulur. Kristal silisyum ve silisyum oksitin kırılma indislerindeki bu farklılıktan dolayı, bir optik dalga kılavuzu oluşturmak ve enine yayılmadan kaynaklanan radyasyon kayıplarını önlemek mümkündür.

Pirinç. 7. Sürekli dalga silikon lazerin PIN yapısı

Böyle bir dalga yapısı ve bir watt'ın kesirleri gücüne sahip bir pompa lazeri kullanarak, dalga kılavuzunda elde edilebilecek radyasyon yoğunluğundan bile daha yüksek olan yaklaşık 25 MW/cm2 yoğunluğa sahip radyasyon oluşturmak mümkündür. yüksek güçlü yarı iletken lazerler kullanarak. Böyle bir radyasyon yoğunluğunda Raman amplifikasyonu çok yüksek değildir (santimetre başına birkaç desibel mertebesinde), ancak bu yoğunluk bir lazerin uygulanması için oldukça yeterlidir.

İki foton absorpsiyonu sonucu dalga kılavuzunda oluşan serbest elektronlar üzerindeki radyasyon absorpsiyonunun olumsuz etkisini ortadan kaldırmak için iki kapı arasına bir silikon dalga kılavuzu yerleştirilir. Bu kapılar arasında potansiyel bir fark yaratılırsa, o zaman bir elektrik alanının etkisi altında, serbest elektronlar ve delikler silikon dalga kılavuzundan "çekilir", böylece iki foton absorpsiyonunun olumsuz sonuçları ortadan kalkar.

Bu PIN yapısına dayalı bir lazer oluşturmak için dalga kılavuzunun uçlarına biri yarı saydam olmak üzere iki ayna eklemek gerekir (Şekil 8).

Pirinç. 8. Sürekli bir silikon lazerin şeması

Hibrit silikon lazer

Raman etkisine dayalı bir sürekli dalga silikon lazer, temel olarak, pompa radyasyonu olarak kullanılan harici bir radyasyon kaynağının varlığını varsayar. Bu anlamda, bu lazer, silikon fotoniğin ana sorunlarından birini çözmez - tüm yapısal blokları (radyasyon kaynakları, filtreler, modülatörler, demodülatörler, dalga kılavuzları, vb.) tek bir silikon çipine entegre etme yeteneği.

Ayrıca, harici optik radyasyon kaynaklarının kullanılması (çipin dışında veya hatta yüzeyinde bulunur), silikon dalga kılavuzuna göre çok yüksek bir lazer hizalama doğruluğu gerektirir, çünkü birkaç mikronluk bir yanlış hizalama tüm cihazın arızalanmasına neden olabilir. (Şek. 9). Hassas ayar gerekliliği, bu sınıftaki cihazların kitlesel pazara sunulmasına izin vermemekte ve onları oldukça pahalı hale getirmektedir. Bu nedenle, bir silikon lazerin bir silikon dalga kılavuzuna göre hizalanması, silikon fotonikteki en önemli problemlerden biridir.

Pirinç. 9. Harici lazerler kullanırken hassas lazer hizalaması gerekir
ve dalga kılavuzu

Lazer ve dalga kılavuzu aynı kristalde aynı teknolojik süreç içinde oluşturulursa bu sorun çözülebilir. Bu nedenle hibrit bir silikon lazerin yaratılması, silikon fotoniklerini yeni bir düzeye getirmek olarak düşünülebilir.

Böyle bir hibrit lazerin çalışma prensibi oldukça basittir ve indiyum fosfitin (InP) yayma özelliklerine ve silikonun ışığı iletme yeteneğine dayanır.

Hibrit lazerin yapısı, Şek. 10. Yarı iletken lazerin aktif maddesi olarak işlev gören indiyum fosfit, doğrudan silikon dalga kılavuzunun üzerinde bulunur ve ondan en ince dielektrik tabakası (kalınlığı sadece 25 atomik katmandır) - silikon oksit ile ayrılır " üretilen radyasyon için şeffaf". Elektrotlar arasına bir voltaj uygulandığında, negatif elektrotlardan artıya doğru bir elektron akışı meydana gelir. Sonuç olarak, indiyum fosfitin kristal yapısından bir elektrik akımı geçer. Deliklerin ve elektronların yeniden birleşme sürecinin bir sonucu olarak, bir elektrik akımı indiyum fosfitten geçtiğinde, fotonlar, yani radyasyon ortaya çıkar. Bu radyasyon doğrudan silikon dalga kılavuzuna girer.

Pirinç. 10. Hibrit silikon lazerin yapısı

Silisyum lazerin tarif edilen yapısı, birbirlerine göre karşılıklı düzenlemeleri, hibrit lazerin monolitik yapısının oluşumu sırasında doğrudan uygulandığı ve kontrol edildiği için, lazerin silikon dalga kılavuzuna göre ilave ayarlanmasını gerektirmez.

Böyle bir hibrit lazerin üretim süreci birkaç ana aşamaya ayrılmıştır. Başlangıçta, bir silikon tabakası, bir yalıtkan tabaka (silikon oksit) ve başka bir silikon tabakasından oluşan bir "sandviç"te, aşındırma ile bir dalga kılavuzu yapısı oluşturulur (Şekil 11) ve bu teknolojik üretim aşaması farklı değildir. üretim mikroçipleri sırasında kullanılan işlemler.

Pirinç. 11. Silikonda dalga kılavuzu yapısının oluşumu

Daha sonra, dalga kılavuzunun yüzeyinde indiyum fosfitten kristal bir yapı oluşturmak gerekir. Halihazırda oluşturulmuş bir dalga kılavuzu yapısı üzerinde bir indiyum fosfit kristal yapısını büyütmenin teknolojik olarak karmaşık sürecini kullanmak yerine, bir yarı iletken tabaka ile birlikte bir indiyum fosfit substratı n-type ayrı ayrı oluşturulur, bu çok daha basit ve daha ucuzdur. Buradaki zorluk, indiyum fosfiti dalga kılavuzu yapısına bağlamaktır.

Bunu yapmak için, hem silikon dalga kılavuzlarının yapısı hem de indiyum fosfit substratı, düşük sıcaklıklı bir oksijen plazmasında oksidasyon işlemine tabi tutulur. Bu oksidasyonun bir sonucu olarak, her iki malzemenin yüzeyinde sadece 25 atomik katman kalınlığında bir oksit filmi oluşur (Şekil 12).

Pirinç. 12. İndiyum fosfit substrat
oluşan oksit tabakası ile

İki malzeme ısıtıldığında ve birbirine bastırıldığında, oksit tabakası şeffaf bir yapıştırıcı görevi görerek bunların tek bir kristal halinde kaynaşmasını sağlar (Şekil 13).

Pirinç. 13. Silikon dalga kılavuzlarının yapısını "yapıştırma"
indiyum fosfit destekli

Tam olarak açıklanan tasarımdaki silikon lazerin birbirine yapıştırılmış iki malzemeden oluşması nedeniyle hibrit lazer olarak adlandırılır. Bağlama işleminden sonra fazla indiyum fosfit aşındırma ile uzaklaştırılır ve metal kontaklar oluşturulur.

Hibrit silikon lazerlerin üretimi için teknolojik süreç, düzinelerce hatta yüzlerce lazerin tek bir çip üzerine yerleştirilmesini mümkün kılar (Şekil 14).

Pirinç. 14. Dört içeren bir çipin şeması
hibrit silikon lazer

Intel tarafından California Üniversitesi ile birlikte gösterilen ilk çip, yedi hibrit silikon lazer içeriyordu (Şekil 15).

Pirinç. 15. Yedi hibrit silikon lazerin radyasyonu,
tek bir çip üzerinde yapılan

Bu hibrit lazerler, 1,8 mW'a kadar çıkış gücü ile 65 mA'lık bir eşik akımında 1577 nm dalga boyunda çalışır.

Şu anda, hibrit silikon lazer 40 °C'nin altındaki sıcaklıklarda çalışabilir, ancak gelecekte çalışma sıcaklığının 70 °C'ye çıkarılması ve eşik akımının 20 mA'ya düşürülmesi planlanmaktadır.

Silikon Fotoniğinin Geleceği

Bir hibrit silikon lazerin yaratılması, silikon fotonikleri için geniş kapsamlı etkilere sahip olabilir ve yüksek performanslı bilgi işlem çağı için bir başlangıç ​​noktası olarak hizmet edebilir.

Yakın gelecekte, çipe düzinelerce silikon lazer, modülatör ve bir çoklayıcı entegre edilecek ve bu da terabit bant genişliğine sahip optik iletişim kanalları oluşturmayı mümkün kılacaktır (Şekil 16).

Pirinç. 16. Optik iletişim kanalının çipi,
düzinelerce silikon lazer içeren,
filtreler, modülatörler ve çoklayıcı

"Bu gelişme sayesinde geleceğin bilgisayarları için terabit bant genişliğine sahip düşük maliyetli optik veri yolları oluşturabileceğiz. Intel Corporation Fotonik Teknoloji Laboratuvarı Direktörü Mario Paniccia, bunu yaparak, yüksek performanslı bilgi işlemde yeni bir çağı daha da yakınlaştırabiliriz” dedi. "Bu teknolojinin ticari kullanımının hala çok uzak olmasına rağmen, düzinelerce ve hatta yüzlerce hibrit silikon lazerin yanı sıra silikon fotonik tabanlı diğer bileşenlerin tek bir silikon çip üzerine yerleştirilebileceğinden eminiz."

On yıllık bir araştırmanın sonucu olan silikon-fotonik çip, 100 Gbps'ye kadar hızlarda ışık darbeleri kullanarak veri iletebilir. Test sırasında iletim mesafesi iki kilometreye ulaştı.

Light, veri merkezlerindeki depolama sistemlerini, ağ ekipmanlarını ve sunucuları birbirine bağlayan bakır kablolardan daha hızlı veri aktarmanıza olanak tanır. Silikon-fotonik çip, gelecek nesillerin sunucularını ve süper bilgisayarlarını, bilgi işlem düğümleri arasında büyük miktarda verinin aktarılması gereken yüksek hızlı fiber optik bağlantılarla bağlamayı mümkün kılacaktır.

IBM'in silikon fotonik bölümünün üst düzey yöneticisi Wilfrid Hensch, IBM'in teknolojisini veri merkezinde ve PC'lerde veya el cihazlarında ilerleme beklentisiyle geliştiriyor, bunu yakında beklememelisiniz, dedi.

Silikon fotonik teknolojisi, işleme, bellek ve depolama bloklarını birbirinden ayırarak sunucuların veri merkezlerinde dağıtılma biçiminde devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Bu ayrıştırmanın bir sonucu olarak, fanlar ve güç kaynakları birleştirilerek uygulamalar daha hızlı çalışabilir ve bileşen maliyetleri düşürülebilir.

Makine öğrenimi sistemlerinin ve Büyük Veri işlemenin kullanımındaki büyüme nedeniyle, günümüzde sunucu bilgi işlem gücüne olan talep artmaktadır. The Envisioneering Group araştırma direktörü Richard Dougherty, optik ara bağlantılarla düzinelerce işlemcinin tek bir sunucu rafı içinde iletişim kurabileceğini ve bu sayede çok düğümlü işleme için görevlerin dağıtılmasını kolaylaştırabileceğini söyledi.

Optik ara bağlantılarla, sunucular, işlem gücü gereksinimlerine bağlı olarak, depolama sürücüleri gibi kesintisiz olarak kolayca değiştirilebileceğini de sözlerine ekledi.

Işık, iletişim ağlarında uzun mesafeli veri iletimi için zaten kullanılıyor, ancak fiber optik teknolojiler ucuz değil. Optik kablolar, Mac'lerde ve PC'lerde çevre birimleriyle yüksek hızlı iletişim için kullanılan Thunderbolt arabirimi tarafından da desteklenir.

Hensch, IBM'in silikon fotonik teknolojisinin daha ucuz olduğunu ve optik telekomünikasyon ekipmanından daha kısa mesafeler için tasarlandığını söylüyor.

Intel ayrıca veri merkezi için silikon-fotonik çipler de yarattı, ancak şirket açıklanan çıkış tarihlerini karşılayamadı. Doherty, IBM'in bir silikon foton vericisi sunan ilk kişi olmayabilir, ancak teknolojisi Intel'den daha uygulanabilir ve daha az karmaşık, dedi.

IBM çipinin üretimi daha basit ve daha ucuz ve basit bir yapıya sahipken, Intel'in çözümü ek fiziksel bileşenler gerektiriyor, dedi.

Ancak Intel, optik modüllerinin entegre olduğunu ve test ve maliyet açısından avantajlara sahip olduğunu iddia ediyor.

İki şirketin çipleri, verileri tamamen farklı şekillerde iletir ve her birinin kendi avantajları vardır. Doherty, IBM çipinin, farklı dalga boylarında dört kanal üzerinden tek bir fiber üzerinden iletmek üzere tasarlandığını, Intel teknolojisinin ise daha iyi ölçeklendiğini ve kablo başına daha fazla ipliğe izin verdiğini söyledi.

Intel, her biri 25 Gbps aktarım hızına sahip 64 adede kadar telli MXC optik kablolara sahiptir. Ancak fiber sayısını artırmanın bir maliyeti olabilir ve IBM'in daha düşük maliyetli tek fiber seçeneği, hız ve mesafe açısından birçok veri merkezinin taleplerini karşılayabilir, diye ekledi Doherty.

IBM, silikon fotonik yongalarının pazara ne zaman girebileceğini belirtmedi.

Silikon fotonik, elektronikte en umut verici alanlardan biridir ve güç tüketiminde önemli bir azalma ve verimde artış vaat eder. Bu teknoloji, tek bir silikon kristali üzerinde elektro-optik mikro devrelerin oluşturulmasına izin vererek, bireysel çiplerin elektrik sinyalleri yerine optik aracılığıyla iletişim kurmasını sağlar. IBM'in çalışan ilk hibrit çipi yaratması yaklaşık 12 yıl sürdü. Bu tür yongalara sahip sistemlerin performansını artırmak, şu anda çalışanlardan çok daha güçlü süper bilgisayarlar oluşturmanıza olanak tanır.

Böylece, elektrik darbeleri yerine ışık darbelerinin kullanılması, hem tek bir çip içinde hem de bir elektronik hesaplama sisteminin farklı parçaları arasında çok büyük miktarda bilginin hızlı bir şekilde iletilmesini sağlamayı mümkün kılar. Daha önce, şirket, ışığın dalga boyu boyunca çoğullama kanallarının işlevini sağlayan bir fotonik alıcı-verici yaratmayı başardı. Artık şirket, silikon fotonik teknolojisi kullanılarak yapılan çipleri doğrudan işlemci modülüne yerleştirebiliyor.

IBM Research - Zürih'teki fotonik grubunun başkanı Bert Offrein, Avrupa, ABD ve Japonya'dan meslektaşlarıyla birlikte, silikon fotonik teknolojisi kullanılarak yapılan çipleri geleneksel silikon işlemcilerle eşit düzeyde değerlendirmeyi teklif ediyor. Bu tür yongaların üretim teknolojisi de hibrit olarak sunulmaktadır. Ekip, silikon fotonik teknolojisinde olası bir atılımı öneren hibrit çipin verimli çalışmasını gösterdi. Mevcut tasarımlar genellikle kartın kenarında bir optik alıcı-verici kullanımını içerir. Ancak bu bir seçenek değildir, çünkü alıcı-verici işlemciden yeterince uzakta bulunur ve sistem performansı önemli ölçüde azalır.

Mavi çizgiler, bilgileri ışık darbeleri şeklinde ileten optik fiberlerdir. Turuncu-sarı yapılar, içinden yüksek hızlı elektrik sinyallerinin geçtiği bakır iletkenlerdir. Geliştiriciler, her iki tip iletkeni tek bir çip üzerinde birleştirmeyi başardılar.

Hibrit mikro devrelerin geliştirilmesi, bu tür çiplerin kullanıldığı tüm sistemin performansında çoklu bir artış elde etmeyi mümkün kılar. Geliştirme ekibi, bu tür yapıların boyutları çok farklı olmasına rağmen, polimer ve silikon lifleri bağlamak için bir yöntem geliştirmeyi başardı.

Bu tür hibrit çiplere sahip bilgisayar sistemleri, analitik hesaplamalara izin verecek, verileri saniyeler içinde işleyecek büyük miktarda veri ile çalışmak için kullanılacaktır. Bilişsel bilgi işlem süper sistemleri, teknoloji ve bilimi yeni bir düzeye getirmeye yardımcı olabilir. Ancak tüm bunlar mümkün hale gelmeden önce uzmanların hala çok çalışması gerekiyor.