Svetlobni žarki v računalnikih prihodnosti?

 

Intel je predstavil pomemben dosežek pri prizadevanjih, da bi pri prenašanju podatkov znotraj in med računalniki namesto elektronov uporabili svetlobne žarke. Podjetje je razvilo raziskovalni prototip, ki predstavlja prvo optično podatkovno povezavo na temelju silicija z integriranimi laserji. Povezava lahko prenaša podatke na daljše razdalje in je večkrat hitrejša kot bakrena tehnologija, ki je v uporabi danes; do 50 gigabitov podatkov na sekundo, kar je enakovredno prenosu celotnega filma v visoki ločljivosti vsako sekundo.

Današnje računalniške komponente so med sabo povezane z bakrenimi kabli ali sledmi na tiskanih vezjih. Zaradi degradacije signala, ki je povezana z uporabo kovin, kot je baker, imajo pri prenosu podatkov ti kabli omejeno najdaljšo dolžino. To omejuje snovanje računalnikov in zahteva, da so procesorji, pomnilnik in druge komponente postavljene čim bližje. Tokratni raziskovalni dosežek predstavlja nov korak pri zamenjavi teh povezav z izjemno tankimi in lahkimi optičnimi vlakni, ki lahko na daljše razdalje prenesejo bistveno več podatkov, kar bi lahko radikalno spremenilo razvoj računalnikov v prihodnosti in načrtovanje podatkovnih centrov.

Silicijeva fotonika obeta uporabo v različnih segmentih računalniške industrije. Pri teh hitrostih prenosa podatkov si je na primer mogoče zamisliti 3D-zaslone v velikosti zidu za domačo zabavo in videokonference pri tako visoki ločljivosti, da je videti, kot da so udeleženci v isti sobi. Prihodnji podatkovni centri ali superračunalniki bi lahko imeli komponente postavljene v različnih delih stavb ali celo delih naselja, pri čemer bi te komunicirale med sabo s hitrostjo svetlobe. To bi uporabnikom podatkovnega centra, kot so na primer ponudniki spletnega iskanja, računalništva v oblaku ali finančna industrija, omogočilo izboljšanje zmogljivosti, možnosti in doseganje občutnih prihrankov pri prostoru in energiji. Znanstveniki bi lahko z novo tehnologijo razvili še zmogljivejše računalnike za reševanje najzahtevnejših svetovnih problemov.

Justin Rattner, glavni Intelov tehnološki vodja in direktor Intel Labs, je prikazal povezavo Silicon Photonics Link na konferenci Integrated Photonics Research v kalifornijskem Mentereyu. 50-Gbps povezava je podobna »konceptnemu vozilu«, ki Intelovim raziskovalcem omogoča preizkušanje novih idej in nadaljevanje prizadevanj podjetja, da razvije tehnologije, ki prenašajo podatke prek optičnih vlaken s pomočjo svetlobnih žarkov in temeljijo na poceni siliciju, preprostem za proizvodnjo (v primerjavi z drugimi dragimi in eksotičnimi materiali). Čeprav telekomunikacije in druge aplikacije že uporabljajo laserje za prenašanje podatkov, so trenutne tehnologije predrage in preveč okorne za osebne računalnike.

»Razvoj prve 50-Gbps fotonske povezave na temelju silicija z integriranimi hibridnimi silicijevimi laserji predstavlja pomemben dosežek v naši dolgoročni viziji »silicizacije« fotonike in uvedbe cenovno ugodnih in izredno hitrih komunikacij med in v prihodnje osebne računalnike, strežnike in naprave za domače uporabnike,« je povedal Rattner.

Prototip naprave Silicon Photonics Link je rezultat večletnih raziskovalnih načrtov na področju fotonike in vključuje več naprav, ki se lahko pohvalijo z oznako »prva na svetu«. Sestavljena je iz silicijevega oddajnega in sprejemnega čipa, pri čemer vsak čip integrira gradnike iz prejšnjih Intelovih prelomnih dosežkov, kot so prvi hibridni silicijev laser (razvit v sodelovanju z University of California leta 2006) in izredno hitri optični modulatorji ter fotodetektorji, predstavljeni leta 2007.

Oddajni čip sestavljajo štirje tovrstni laserji, iz katerih svetlobni žarki potujejo v optični modulator, ki vanje vkodira podatke pri hitrosti 12,5 Gbps. Štirje žarki se nato združijo in pošljejo v eno samo optično vlakno s skupno hitrostjo 50 Gbps. Na drugi strani povezave sprejemni čip loči štiri optične žarke in jih preusmeri v fotodetektorje, ki pretvorijo podatke nazaj v električne signale. Oba čipa sta proizvedena s pomočjo cenovno ugodnih proizvodnih tehnik, ki so že uveljavljene v polprevodniški panogi. Intelovi raziskovalci si že prizadevajo še dvigniti hitrost prenosa podatkov s povečanjem hitrosti modulatorja in povečanjem števila laserjev na čip, kar odpira pot do prihodnjih terabitnih optičnih povezav.

Te raziskave so ločene od Intelove tehnologije Light Peak, čeprav prav tako sodijo pod okrilje Intelove strategije na področju vhodno/izhodnih tehnologij. Light Peak predstavlja Intelova prizadevanja na področju 10-Gbps optičnih povezav za Intelove platforme v bližnji prihodnosti. Raziskovalni cilji na področju silicijeve fotonike so usmerjeni v dramatično zniževanje stroškov, prenos podatkov na teraravni in uvajanje optičnih komunikacij na izredno širokem naboru množičnih aplikacij. Tokratni dosežek predstavlja nov Intelov korak pri doseganju tega cilja.

Več informacij vam je na voljo na spletni strani http://www.intel.com/pressroom/archive/releases/2010/20100727comp_sm.htm.