211service.com
Siliciumfotonica komt op de markt
Siliciumfotonica - met behulp van siliciumchips om gegevensdragende lichtsignalen te verzenden en te ontvangen - belooft een revolutie teweeg te brengen in de telecommunicatie, maar tot nu toe is het grotendeels beperkt gebleven tot het laboratorium. nutsvoorzieningen Luxtera , een startup gevestigd in Carlsbad, CA, voortgekomen uit het California Institute of Technology, heeft de eerste optische kabel aangekondigd op basis van dezelfde siliciumtechnologie die wordt gebruikt om microprocessors te maken. Het bedrijf zegt dat de kabel, Blazar genaamd, 40 gigabit aan gegevens per seconde door zijn glasvezel kan sturen, maar net zo weinig zal kosten als de huidige optische kabels van 20 gigabit per seconde. Gebouwd met behulp van standaard complementaire metaaloxide-halfgeleider- of CMOS-verwerking, zal de kabel waarschijnlijk zijn eerste toepassingen vinden in datacenters en computerclusters.
Silicium fotonica: (1) De dunne lijnen op het oppervlak van deze chip zijn golfgeleiders, kanalen die in silicium zijn uitgehouwen en het licht sturen. (2) Vijf op indiumfosfide gebaseerde lasers gemonteerd op een matrijs. (3) Onderzoekers van Luxtera hebben een standaard testapparaat voor halfgeleiders aangepast, zodat het zowel optische als elektrische functies kan testen. (4) Dit apparaat koppelt glasvezel aan Luxtera's op silicium gebaseerde chip.
Dit is 's werelds eerste CMOS-fotonicaproduct, zegt Cary Gunn, Luxtera CTO. Het is het hoogtepunt van acht jaar ontwikkeling: zes jaar bij Luxtera en daarvoor twee jaar bij Caltech.
Tegenwoordig zijn de meeste fotonica-apparaten, zoals lasers, modulatoren - de gadgets die gegevens op lichtstralen coderen - en detectoren gemaakt van dure niet-siliciummaterialen zoals indiumfosfide en lithiumniobaat. Het is de conventionele wijsheid dat silicium, hoewel geweldig voor elektronische toepassingen zoals microprocessors en geheugen, niet goed geschikt is voor het genereren, wijzigen of detecteren van licht. Maar siliciumfotonica is een snel evoluerend veld, dankzij onderzoek bij bedrijven en universiteiten zoals Intel, IBM, de Universiteit van Californië, Santa Barbara en Caltech. (Zie Intel versnelt siliciumfotonica.)
De klanten waarop Luxtera zich in eerste instantie richt, zijn krachtige computercentra en datacenters met racks met servers die zijn verbonden met systemen die zich uitstrekken over gigantische kamers en magazijnen. Deze centra vormen de ruggengraat van de moderne informatie-infrastructuur en worden gebruikt door internetserviceproviders, de overheid, de financiële sector, onderzoekers en nutsbedrijven. En in de overgrote meerderheid van hen is apparatuur verbonden met koperen bekabeling, die een beperkte bandbreedte heeft die afneemt met de afstand. Dikke koperen bekabeling kan bijvoorbeeld slechts ongeveer 10 gigabit aan data per seconde over anderhalve meter leveren.
Omdat koper, hoewel relatief goedkoop, traag is en de fysieke opstelling van complexe computersystemen beperkt, zijn ingenieurs in plaats daarvan overgestapt op glasvezelkabels, die een veel hogere bandbreedte bieden en afstanden van meer dan 90 meter kunnen uitstrekken zonder verlies van gegevensdragende capaciteit . Optische kabels zijn ook dunner en veel flexibeler dan koper, zodat ze datacenters koel houden: dikke koperen kabels hebben de neiging om warmte vast te houden en de koellucht van ventilatoren te blokkeren. Omdat de transceivers van een standaard optische kabel - de chips aan de uiteinden die gegevens verzenden en ontvangen - zijn gemaakt van dure halfgeleiders, kan de kabel zelf prijzig worden.
Luxtera hoopt optische kabels betaalbaarder te maken door silicium te gebruiken in delen van de transceiver. Gunn legt uit dat elke zender (de helft van de zendontvanger) in de nieuwe kabel een relatief goedkope, standaard indiumfosfidelaser bevat. Het licht van deze laser wordt in vier bundels gesplitst en elke bundel gaat door een modulator van silicium. Een elektrisch signaal, zegt Gunn, wordt naar elke modulator gestuurd om het signaal direct op de lichtgolf af te drukken met een snelheid van 10 gigabit aan gegevens per seconde. Dan lanceert een ander siliciumfotonica-apparaat, een holografische lens genaamd, het licht in goedkope vezels. De holografische lens is lithografisch in het oppervlak van de chip geëtst en vervangt de reeks lenzen in een standaard optische kabel. Nadat het door de vezel is verzonden, gaat het data-gecodeerde licht door een andere holografische lens en wordt het gericht op een reeks op indiumfosfide gebaseerde fotodetectoren, die het weer omzetten in een elektrisch signaal. Elektronica geïntegreerd in dezelfde CMOS-chip die de fotonica-apparaten bevat, versterkt en zuivert het signaal en stuurt het naar een elektrische ontvanger. Elk uiteinde van een Luxtera Blazar-kabel heeft een chip die zowel een zender als een ontvanger bevat, zegt Gunn.
Het nieuwe product vertegenwoordigt de volgende logische stap in het gebruik van siliciumfotonica voor goedkope assemblage, zegt Alan Willner , hoogleraar elektrotechnische systemen aan de Universiteit van Zuid-Californië. De mogelijkheid om verschillende optische componenten samen te brengen, zorgt voor een nog overtuigender argument waarom optische kabels van 40 gigabit per seconde koper kunnen verslaan, zegt hij.
En de markt voor dergelijke apparaten is zeker goed, zegt Fred Zieber, president van Pathfinder Research, een technologie-analysebedrijf. Het is een geweldig product voor zaken als serverfarms en computercomplexen, zegt hij. En die markt groeit behoorlijk snel.
Luxtera moet misschien het obstakel overwinnen om een startup te zijn en daarom niet goed bekend en vertrouwd in de branche, zegt Zieber. Maar hij voegt eraan toe dat de betrouwbaarheid van zijn product het bedrijf een voordeel zou kunnen geven. Ze gebruiken geen geheimzinnig materiaal en brengen niet veel chips bij elkaar om dit te doen. Dat alles zou u een robuuster pakket moeten geven.
Gunn is ervan overtuigd dat de kabel klanten zal vinden, en aangezien de transceiverchips in grotere aantallen worden vervaardigd, zouden hun kosten zo kunnen dalen dat op silicium gebaseerde optische kabels zelfs kunnen concurreren met koper - iets wat niet-silicium optische kabels nooit zullen doen. Naarmate de kosten dalen, merkt Gunn op, zou siliciumfotonica verder kunnen gaan dan alleen het leveren van verbindingen tussen systemen. Als we verder kijken, zullen siliciumfotonica knelpunten aanpakken binnenin systemen, zegt hij. Thuiscomputers waarvan de circuits siliciumfotonica gebruikten in plaats van koperen bedrading, voegt hij eraan toe, zouden sneller zijn en het stroomverbruik tot een minimum beperken.