» Фотоника — новый этап в развитии микроэлектроники
23.04.2018 14:27

Фотоника — новый этап в развитии микроэлектроники

Источник перевод для gearmix ()

Новая технология производства микросхем, обеспечивающая оптическую передачу информации, способна многократно увеличить скорость передачи данных и снизить энергопотребление. Статья об этом достижении была недавно опубликована в журнале Nature.

Группа исследователей из ведущих университетов США разработала способ производства кремниевых микросхем, обменивающихся информацией посредством фотонов, при этом их стоимость не превосходит стоимости обычных микросхем.

Подпись к изображению: Объемный кремниевый электронно-фотонный чип, разработанный исследователями МТИ, Калифорнийского университета в Беркли и Бостонского университета

Передача сигналов между микросхемами посредством электронов — бутылочное горлышко современной микроэлектроники, и единственным решением является использование фотонов вместо электронов.

Вместо проводника, пропускающего от 10 до 100 гигабит информации в секунду, можно использовать оптическое волокно ёмкостью 10-20 терабит в секунду.

Замена проводника оптическим волокном даёт двойной выигрыш. Во-первых, свет позволяет передавать данные на многократно более высокой частоте без потерь энергии, присущих медным проводникам. Во-вторых, можно одновременно использовать свет различных частот в одном волокне. Также, оптические волокна можно паковать плотнее, чем медные проводники, без взаимных помех.

До последнего времени создание на кристалле оптоэлектроных элементов рядом с обычными транзисторами представляло серьёзную проблему.

Первый значительный успех в этом направлении пришёл в 2015 году, но это решение не было коммерчески привлекательным. Тогда был представлен первый в мире микропроцессор с возможностью передачи информации фотонами, для производства которого использовались обычные технологии.

Однако тот подход был применим только к небольшой доле самых совершенных микросхем, которая не включала наиболее распространённые типы чипов, где как базовый материал используется так называемый монолитный (объёмный) кремний.

В новой публикации представлено технологическое решение, подходящее и для наиболее распространённых коммерческих микросхем на основе монолитного кремния. Это достигается внедрением добавочных слоёв в работающую с фотонами часть микросхемы, что обеспечивает оптическую связь без негативного влияния на процессы с участием электронов.

Тщательно подобрав свойства этих добавочных, работающих с фотонами слоёв, учёные смогли обеспечить производительность высочайшего уровня в отношении плотности частот и энергопотребления.

Новая технология, включающая фотонику в самые современные микросхемы, обеспечит более быстрые и энергоэффективные коммутации, что значительно улучшит вычислительные устройства, в том числе, мобильные. Возможные применения вне области обычного информационного обмена включают ускорение обучения искусственных нейронных сетей, применяемых для распознавания образов и речи, выпуск дешёвых датчиков LIDAR (лазерные локаторы) для самоуправляемых автомобилей, распознавание лиц смартфонами и технологию дополненной реальности. К тому же, чипы с оптической функцией привнесут новые возможности в безопасность данных, обеспечат требуемую мощность для работы в мобильных сетях 5-го поколения (5G), и послужат для квантовых вычислений.



ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ


© Gearmix 2013
Права на опубликованный перевод принадлежат владельцам вебсайта gearmix.ru
Все графические изображения, использованные при оформлении статьи принадлежат их владельцам. Знак охраны авторского права распространяется только на текст статьи.
Использование материалов сайта без активной индексируемой ссылки на источник запрещено.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *