IBM entwickelt Silicon Nanophotonics Technik
Optik und Elektrik vereint
Die Forscher von IBM haben eine neue Technik entwickelt, mit der elektrische und optische Bauelemente auf einem Siliziumchip integriert werden können. Damit soll es langfristig möglich sein, die Kommunikation auf Chips mithilfe von Lichtimpulsen anstatt mit elektrischen Signalen zu realisieren.
IBM arbeitet schon sehr lange – genau gesagt zehn Jahre – an dieser Technik. Denn eine Kommunikation mithilfe von Lichtimpulsen ermöglicht viel kleinere und schnellere Chips als dies mit konventionellen Technologien möglich ist.
Damit rückt die Realisierung von Super-Computern der nächsten Generation, den so genannten Exascale-Computern, in greifbare Nähe. Dabei handelt es sich um Computer die 1.000-mal so schnell sind wie heutige Computer. Eines der Hauptprobleme dieser Super-Computer ist die Bandbreite. Denn man kann zwar die Parallelität in der Verarbeitung durch eine Erhöhung der Core-Anzahl pro Chip, durch eine Erhöhung der Anzahl von Chips in Racks und Blades etc. deutlich steigern, aber die ganzen Recheneinheiten müssen auch mit Daten gefüttert werden, sprich die Bandbreite muss natürlich auch deutlich erhöht werden - und das geht nicht mit Kupfertechnik.
Das gleiche Problem herrschte vor „Urzeiten“ bereits in der Datenübertragung über lange Entfernungen vor, so dass hier die optische Datenübertragung die alten Kupferkabel längst ersetzt haben – aber der Weg bis hin zur optischen Datenübertragung auf einem Chip galt bislang als ziemlich steinig.
Doch jetzt scheint es IBM gelungen zu sein, hier mit seiner so genannten CMOS Integrated Silicon Nanophotonics Technik einen deutlichen Schritt nach vorne zu tun. Die bereits patentierte Technik erlaubt die Integration von optischen Schaltungen direkt auf den Silizium-Chip, wodurch sich die Integrationsdichte um den Faktor 10 gegenüber derzeitigen Fertigungstechniken.
Dabei ist es IBM nicht nur gelungen, elektrische und optische Schaltungen auf einem einzigen Chip zu vereinen, sondern das Ganze kann auch noch mit Standard-CMOS-Produktionslinien gefertigt werden, es ist also kein neues oder besonderes Equipment erforderlich. Dank dieses neuen Ansatzes können jetzt die normalen Transistoren auf derselben Siliziumschicht sitzen wie die Silicon-Nanophotonics-Komponenten. Damit können Silicon-Nanophotonics-Komponenten wie Modulatoren, Germanium-Photodetektoren oder sehr kompakte Wellenlängen-Multiplexer zusammen mit hochleistungsfähigen analogen und digitalen CMOS-Schaltungen auf einen Chip integriert werden.
Die damit erreichte Integrationsdichte ist beachtlich: So belegt ein einziger Transceiver-Kanal mit allen dazugehörigen optischen und elektrischen Schaltungen nur noch eine Fläche von 0,5 mm2. Im Vergleich zu bisher veröffentlichen Ergebnissen ist IBM hier um den Faktor 10 besser. Das heißt, dass ein Single-Chip-Transceiver mit einer Sende- und Empfangsleistung von mehr als 1 Terabit/s nur noch eine Fläche von 4 x 4 mm2 belegt.
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