Annons

Ultrasnabb lösning för kommunikation mellan datorchip

Forskare vid IBM meddelar att de gjort ett nanofotoniskt genombrott på vägen att ersätta elektriska signaler, som kommunicerar via kopparledningar mellan datorchip, med små integrerade kretsar som kommunicerar med ljuspulser.

Som företaget rapporterar om i tidsskriften Nature kan det här vara ett viktigt framsteg i att ändra på det sätt som datorchip kommunicerar med varandra. Kretsen, som kallas en "nanophotonic avalanche photodetector" uppges vara den snabbaste i sitt slag och kan även möjliggöra ett genombrott avseende energieffektivitet, som kan ha en viktig påverkan på framtidens elektronik, enligt ett pressmeddelande.

IBM:s krets utnyttjar "lavineffekten" i germanium, ett material som idag bland annat används i produktionen av mikroprocessorchip. I analogi med en snölavin vid en brant bergssluttning kommer en inkommande ljuspuls initialt att frigöra några få laddningsbärare som i sin tur frigör ännu fler, tills orginalsignalen förstärkts flera gånger om. Konventionella "avalanche" fotodetektorer har inte möjligheten att detektera snabba optiska signaler därför att "lavinen" byggs upp för långsamt.

– Med den här innovationen kommer visonen om on-chip optiska internanslutningar mycket närmare verkligheten, säger Dr. T.C. Chen, vice president, Science and Technology, IBM Research. Han fortsätter, "med optisk kommunikation inbyggt i processorchip kan möjligheten till effekt-effektiva datorsystem med prestanda på Exaflop-nivån inte vara så långt borta in i framtiden."

Denna "avalanche" fotodetektor som nu visats upp av IBM uppges vara världens snabbaste i sitt slag. Den kan ta emot optisk information via signaler med kommunikationshastigheten 40 Gbit/s och simultant flerfaldiga dem 10-faldigt. Kretsen matas med 1,5 V vilket är 20 gånger lägre än de som tidigare demonstrerats. Därmed kan många av dessa små kommunikationskretsar potentiellt matas med enbart ett litet batteri i AA-storlek, medan traditionella "avalanche" fotodetektorer kräver 20-30 V.

– Den här dramatiska förbättringen av prestanda är resultatet av manipulering av optiska och elektriska egenskaper i skalan av några få tiotals atomer för att uppnå prestanda betydligt bortom tidigare gränser. De här små kretsarna är kapabla att detektera mycket svaga ljuspulser och förstärka dem med ojämförlig bandbredd och med ett minimalt tillskott av ovälkommet brus, säger Dr. Assefa, huvudförfattare till rapporten.

I IBM’s krets sker "lavinmultipliceringen" inuti ett material som är ett fåtal nanometer tjockt och det händer mycket fort. Den lilla storleken betyder också att bruset undertrycks med 50-70 procent i jämförelse med traditionella "avalanche" fotodetektorer. Kretsen tillverkas av kisel och germanium, material som används i produktionen av mikroprocessorchip. Den tillverkas därför också i de standardprocesser som används vid chiptillverkning. Därmed kan tusentals kretsar byggas sida vid sida med kiseltransistorer för on-chip optisk kommunikation med hög bandbredd.

Resultatet från utvecklingen av den här "avalanche" fotodetektorn, som är den senaste i en serie av andra rapporter från IBM Research, uppges vara den sista pusselbiten som färdigställer pusslet för utvecklingen av den "nanofotoniska verktygslådan" av kretsar som är nödvändiga för att bygga on-chip internanslutningar.

Rapporten över det här arbetet bär titeln "Reinventing Germanium Avalanche Photodetector for Nanophotonic On-chip Optical Interconnects," av Solomon Assefa, Fengnian Xia, och Yurii Vlasov of IBM’s T.J. Watson Research Center i Yorktown Heights, N.Y. och publiceras i marsnumret 2010 av scientific journal Nature.

Comments are closed.