211service.com
Silicon Photonics kommer på markedet
Siliciumfotonik – der bruger siliciumchips til at sende og modtage databærende lyssignaler – lover at revolutionere telekommunikation, men indtil videre har det stort set været begrænset til laboratoriet. Nu Luxtera , en startup baseret i Carlsbad, Californien, der er udspringet af California Institute of Technology, har annonceret det første optiske kabel baseret på den samme siliciumteknologi, der bruges til at lave mikroprocessorer. Virksomheden siger, at kablet, kaldet Blazar, kan sende 40 gigabit data per sekund gennem sin fiber, men vil koste så lidt som nutidens 20-gigabit-per-sekund optiske kabler. Bygget ved hjælp af standard komplementær metal-oxid-halvleder- eller CMOS-behandling, vil kablet sandsynligvis finde sine første applikationer i datacentre og computerklynger.
Silicium fotonik: (1) De tynde linjer på overfladen af denne chip er bølgeledere, kanaler udskåret i silicium, der dirigerer lys. (2) Fem indium-phosphid-baserede lasere monteret på en matrice. (3) Luxtera-forskere modificerede et standard stykke halvledertestudstyr, så det kan teste optiske såvel som elektriske funktioner. (4) Denne enhed kobler fiber til Luxteras siliciumbaserede chip.
Dette er verdens første CMOS-fotonikprodukt, siger Cary Gunn, Luxtera CTO. Det er kulminationen på otte års udvikling: seks hos Luxtera og før det to år hos Caltech.
I dag er de fleste fotonikenheder, såsom lasere, modulatorer - de gadgets, der koder data på lysstråler - og detektorer lavet af dyre ikke-siliciummaterialer såsom indiumphosphid og lithiumniobat. Det har været den traditionelle visdom, at silicium, selvom det er fantastisk til elektroniske applikationer såsom mikroprocessorer og hukommelse, ikke er velegnet til at generere, ændre eller detektere lys. Men siliciumfotonik er et felt i hastig fremgang, takket være forskning på virksomheder og universiteter som Intel, IBM, University of California, Santa Barbara og Caltech. (Se Intel fremskynder siliciumfotonik.)
De kunder, som Luxtera i første omgang retter sig mod, er højtydende computercentre og datacentre med racks af servere forbundet til systemer, der breder sig over gigantiske lokaler og varehuse. Disse centre udgør rygraden i den moderne informationsinfrastruktur og bruges af internetudbydere, regeringen, finansindustrien, forskere og forsyningsselskaber. Og i langt de fleste af dem er udstyr forbundet med kobberkabler, som har begrænset båndbredde, der aftager med afstanden. For eksempel kan tykke kobberkabler kun levere omkring 10 gigabit data i sekundet over halvanden meter.
Fordi kobber, selvom det er relativt billigt, er langsomt og begrænser det fysiske arrangement af komplekse computersystemer, har ingeniører i stedet vendt sig til fiberoptiske kabler, som giver meget højere båndbredde og kan strække afstande på mere end 300 fod uden at miste databærende kapacitet . Optiske kabler er også tyndere og meget mere fleksible end kobber, så de hjælper med at holde datacentre kølige: Tykke kobberkabler har en tendens til at fange varme og blokere køleluften fra ventilatorer. Men da et standard optisk kabels transceivere - chipsene i dets ender, der sender og modtager data - er lavet af dyre halvledere, kan kablet i sig selv blive dyrt.
Luxtera håber at gøre optiske kabler mere overkommelige ved at bruge silicium i dele af transceiveren. Gunn forklarer, at hver sender (den ene halvdel af transceiveren) i det nye kabel indeholder en relativt billig, hyldevare indium-phosphid-laser. Lyset fra denne laser opdeles i fire stråler, og hver stråle passerer gennem en modulator lavet af silicium. Et elektrisk signal, siger Gunn, sendes til hver modulator for at præge signalet direkte på lysbølgen med en hastighed på 10 gigabit data pr. sekund. Så sender en anden siliciumfotonik-enhed, kaldet en holografisk linse, lyset ind i lavprisfiber. Den holografiske linse er litografisk ætset ind i overfladen af chippen og erstatter rækken af linser, der findes i et standard optisk kabel. Efter at det er transmitteret ned i fiberen, passerer det datakodede lys gennem en anden holografisk linse og dirigeres til en række indium-phosphid-baserede fotodetektorer, som konverterer det tilbage til et elektrisk signal. Elektronik integreret i den samme CMOS-chip, som huser fotonik-enhederne, forstærker og renser signalet og sender det til en elektrisk modtager. Hver ende af et Luxtera Blazar-kabel har en chip, der både indeholder en sender og en modtager, siger Gunn.
Det nye produkt repræsenterer det næste logiske trin i at bruge siliciumfotonik til lavpris montage, siger Alan Willner , professor i elektriske ingeniørsystemer ved University of Southern California. Evnen til at huse forskellige optiske komponenter sammen giver et endnu mere overbevisende argument for, hvorfor 40-gigabit-per-sekund optiske kabler kan slå kobber ud, siger han.
Og markedet for sådanne enheder er bestemt godt, siger Fred Zieber, præsident for Pathfinder Research, et teknologianalysefirma. Det er et godt produkt til ting som serverfarme og computerkomplekser, siger han. Og det marked vokser temmelig hurtigt.
Luxtera skal muligvis overvinde forhindringen ved at være en startup og derfor ikke kendt og betroet i branchen, siger Zieber. Men han tilføjer, at pålideligheden af dets produkt kunne give virksomheden en fordel. De bruger ikke mystisk materiale og sætter ikke en masse chips sammen for at gøre dette. Alt dette burde give dig en mere robust pakke.
Gunn er overbevist om, at kablet vil finde kunder, og da transceiverchipsene fremstilles i større antal, kan deres omkostninger falde til det punkt, at siliciumbaserede optiske kabler endda kan konkurrere med kobber – noget, som ikke-siliciumoptiske kabler aldrig vil gøre. Efterhånden som omkostningerne falder, bemærker Gunn, kan siliciumfotonik gå videre end blot at skabe forbindelser mellem systemer. Ser man længere ud, vil siliciumfotonik løse flaskehalse inden for systemer, siger han. Hjemmecomputere, hvis kredsløb brugte siliciumfotonik i stedet for kobberledninger, tilføjer han, ville være hurtigere og holde strømforbruget på et minimum.