Fény a gépben: villogó chipek már jövőre?

[ExtremeTech/HWSW] Már jövő év közepén beindulhat az optikai kommunikációt használó chipek termelése -- egy néhány évvel ezelőtt indult amerikai vállalkozás reményei szerint. A Luxtera olyan technikát fejlesztett ki, mely segítségével a hagyományos félvezetőgyártásban készült chipek is elláthatók olyan adatsínnel, amely a mai gyakorlattal szemben az adatátvitelhez nem fémvezetékeket és elektronokat, hanem optikai vezetőt, például üvegszálat, valamint fotonokat használ.

Elektron? Túl lassú...

A megoldás komplexitását az elektronikus jelek fotonikussá, majd a fotonikus jelek elektronikussá való extrém sebességű átalakítása okozza, mindezt egy hagyományos félvezető lapkán. Az ilyen transzformációkat nevezzük egyébként modulációnak, illetve demodulációnak, ebből ered a modem szó is. A vállalat állítása szerint az optikai modulátor 10 gigahertzen működik, az Intel kutatói által tavaly ismertetett eszköz sebességének tízszeresén.

"A probléma, melyet megoldhatunk, a sávszélesség kérdése" -- mondta Gabriele Sartori, a társaság marketingért felelős alelnöke, aki korábban többek között az AMD HyperTransport egyik fő támogatója volt. Ahogyan a mikroprocesszorok egyre nagyobb és nagyobb sebességbe kapcsolnak, úgy jelent egyre láthatóbb korlátot az elektronok terjedési sebessége, amely még a legjobb fémvezetőkben is csak a fénysebesség töredéke lehet. Ez a korlát leginkább a chipek közötti kommunikációban korlátozza a sávszélességet, ezért a fotonikus átvitel itt nagy segítség lehet.

Tesztlap

Kétségtelen, hogy a fotonok is lassulnak optikai vezető anyagban, viszont így is sokkal nagyobb sebesség érhető el. Nem beszélve arról, hogy különböző hullámhosszúságú jelek alkalmazásával egy adott optikai vezetéken több adatsáv is továbbítható egyidejűleg, így az elérhető adatsávszélesség költséghatékonyan sokszorozható.

Az Intellel ellentétben, amely méretéből adódóan házon belül képes biztosítani mind az opto-, mind a mikroelektronikai kutatás-fejlesztést és gyártást, a Luxterának chipgyártó partnerre van szüksége, hogy technológiáját valós termékké formálhassa. Ez a partner a Freescale Semiconductor, mely már elkészült néhány 130 nanométeres csíkszélességgel készült chip prototípusával, implementálva az optikai interfészt.

Iskoláz a természet

A fotonikus chipekkel a mikroelektronikai eljárásokkal készülő társaik számára elképzelhetetlen működési frekvencia és számítási kapacitás lenne elérhető, minimális hőtermelődés és energia-fogyasztás mellett. Hatalmas problémát jelent viszont a megfelelő fotonikus kristályok előállítása és megfelelő szervezése. Az egyik lehetséges megoldás az ötvözött nano-biotechnológia bevetése, amikor is a kristályok, vagy akár a chipek organikus úton épülnek majd fel, hasonlóan a lepkék szárnyán található fénytörő anyaghoz.

Forrás: KFKI

A fénnyel történő kommunikáció egyelőre még chipek összekötésére is túlságosan drága, de előfordulhat, hogy a távolabbi jövőben a chipen belüli adatáramlás és feldolgozás is fotonok segítségével fog történni. Az optikai, vagy fotonikus átvitel többek között az egyik jelentkező a mikroelektronika utódjának szerepére. Az Intel nemrég jelentette be, hogy sikerült áttörő eredményt felmutatnia a területen, és szilícium alapú lézert sikerrel kifejlesztenie.

Bár gazdasági okok miatt az iparág szereplői inkább a lehetetlent is megpróbálják, csak hogy kitolják a mikroelektronikai miniatürizálás határait, konszenzus látszik kialakulóban a tekintetben, hogy a 2020-as években már alapjaiban más megoldásokra lesz szükség, ha a lapkák integráltságát és a teljesítményt az eddigi ütemben kívánják növelni. Az egyre növekvő problémákat az okozza, hogy a chipek alkotóelemeinek méretei már a kvantumvilág mérettartományát közelítik, ahol korábban nem érzékelt működési törvényszerűségek uralkodnak.