Intel przedstawia rozwiązanie, które może zrewolucjonizować projektowanie komputerów

Laboratoria Intela stworzyły pierwsze na świecie krzemowe połączenie optyczne ze zintegrowanymi laserami, korzystające z technologii hybrydowego lasera krzemowego. Eksperymentalny układ może przenosić dane z szybkością 50 miliardów bitów na sekundę (50 Gb/s).

Intel poinformował dziś o ważnym przełomie na drodze do wykorzystania promieni światła zamiast elektronów do przenoszenia danych wewnątrz komputerów i pomiędzy nimi. Firma opracowała prototyp badawczy, który reprezentuje pierwsze na świecie krzemowe połączenie optyczne ze zintegrowanymi laserami. Łącze przenosi dane na większą odległość i wielokrotnie szybciej niż dzisiejsze technologie miedziane; co sekundę może przesyłać 50 gigabitów danych — odpowiednik całego filmu HD.

Badacze obecnie kontynuują prace, aby uzyskać jeszcze większe prędkości. Dostępność tanich, szybkich złączy optycznych opartych na tej technologii może pozwolić producentom komputerów całkowicie zmienić tradycyjną konstrukcję systemów, od netbooków do superkomputerów. Firmy korzystające z farm serwerów lub centrów danych mogłyby wyeliminować wąskie gardła, a jednocześnie zaoszczędzić dużo miejsca i energii, zastępując wiele kabli jednym światłowodem. 

Współczesne komponenty komputerowe są połączone ze sobą kablami miedzianymi albo ścieżkami na płytce drukowanej. Ze względu na degradację sygnału wynikającą z wykorzystania do przesyłu danych metali, takich jak miedź, ścieżki te mają ograniczoną maksymalną długość. Wpływa to na konstrukcję komputerów, wymuszając umieszczanie procesorów, pamięci i innych elementów jak najbliżej siebie. Ogłoszone dziś osiągnięcie badawcze to kolejny krok na drodze do zastąpienia tych połączeń niezwykle cienkimi i lekkimi włóknami optycznymi, które mogą przenosić znacznie więcej danych na znacznie większą odległość. Całkowicie zmieni to sposób projektowania przyszłych komputerów i wpłynie na konstrukcję centrów danych.

Fotonika krzemowa będzie wykorzystywana w całej branży komputerowej. Na przykład, przesył danych jaki będzie w stanie zaoferować, pozwoli na tworzenie wyświetlaczy 3D wielkości ściany, na użytek domowej rozrywki czy wideokonferencji. Rozdzielczość obrazu będzie tak wysoka, że aktorzy czy członkowie rodziny widoczni na ekranie będą sprawiali wrażenie obecnych w pomieszczeniu. Komponenty przyszłych centrów danych lub superkomputerów będą mogły być rozsiane po całym budynku, a nawet kampusie, i komunikować się nawzajem z dużą szybkością bez limitów, jakie wprowadzają ciężkie kable miedziane o ograniczonej przepustowości i zasięgu. Użytkownicy centrów danych, tacy jak operatorzy wyszukiwarek, dostawcy usług cloud computing lub instytucje finansowe, będą mogli zwiększyć wydajność systemów oraz zaoszczędzić dużo miejsca i energii, a naukowcy zbudują potężniejsze superkomputery w celu rozwiązania największych problemów współczesnego świata.

Justin Rattner, główny dyrektor ds. technologii w firmie Intel i dyrektor Intel Labs, zademonstrował krzemowe łącze fotoniczne (Silicon Photonics Link) na konferencji Integrated Photonics Research w Monterey w Kalifornii. 50-gigabitowe łącze przypomina „samochód koncepcyjny”, który pozwala badaczom z Intela testować nowe pomysły i kontynuować misję opracowania technologii przesyłającej dane poprzez włókna optyczne z wykorzystaniem wiązek światła oraz taniego, łatwego w produkcji krzemu, zamiast kosztownych i trudnych do wytworzenia urządzeń wykorzystujących tak egzotyczne materiały jak arsenek galu. Choć w telekomunikacji i innych zastosowaniach wykorzystuje się już lasery do przesyłania informacji, bieżące technologie są zbyt drogie i nieporęczne, aby nadawały się do użycia w komputerach osobistych. 

- Zbudowanie pierwszego na świecie łącza fotonicznego 50 Gb/s ze zintegrowanymi, hybrydowymi laserami krzemowymi stanowi ważny etap na drodze do „ukrzemowienia” fotoniki oraz zastosowania szybkiej, taniej komunikacji optycznej wewnątrz i wokół przyszłych komputerów osobistych, serwerów i innych urządzeń - powiedział Rattner.

Prototyp krzemowego łącza fotonicznego 50 Gb/s to wynik wieloletniego programu badań nad fotoniką, który był źródłem wielu pionierskich rozwiązań. Łącze składa się z krzemowego układu nadawczego i układu odbiorczego, w których zastosowano wszystkie niezbędne elementy konstrukcyjne wynalezione poprzednio przez firmę Intel, w tym pierwszy hybrydowy laser krzemowy opracowany w 2006 roku wspólnie z Uniwersytetem Kalifornii w Santa Barbara, a także szybkie modulatory optyczne i fotodetektory zapowiedziane w 2007 roku.

Układ nadawczy zawiera cztery takie lasery. Ich wiązki świetlne wpadają do modulatora optycznego, który koduje dane z szybkością 12,5 Gb/s. Cztery wiązki są następnie łączone i wpuszczane do pojedynczego włókna krzemowego, co pozwala uzyskać łączną przepustowość rzędu 50 Gb/s. Po drugiej stronie łącza układ odbiorczy rozdziela cztery wiązki i kieruje je do fotodetektorów, które z powrotem przekształcają światło w sygnały elektryczne. Oba układy zbudowano z wykorzystaniem tanich technik produkcyjnych dobrze znanych w branży półprzewodnikowej. Badacze Intela pracują już nad zwiększeniem przepustowości poprzez skalowanie szybkości modulatora oraz wykorzystanie większej liczby laserów w układzie, co utoruje drogę do przyszłych terabitowych łączy optycznych — na tyle szybkich, że pozwolą przenieść całą zawartość typowego laptopa w ciągu jednej sekundy. 

Badania te nie mają związku z technologią Light Peak, choć obie technologie są częścią ogólnej strategii wejścia-wyjścia realizowanej przez firmę Intel. Light Peak ma w bliższej perspektywie zapewnić wieloprotokołowe łącza optyczne 10 Gb/s w klienckich platformach Intela. Fotonika krzemowa to program badawczy mający na celu wykorzystanie integracji krzemowej do osiągnięcia drastycznej redukcji kosztów, „teraskalowej” przepustowości danych, a z biegiem czasu stosowanie komunikacji optycznej w wielu różnych aplikacjach. Dzisiejsze osiągnięcie jest ważnym krokiem Intela na drodze do tego celu.

INTEL