IBM Research dimostra il primo chip CMOS Silicon Photonics integrato

In occasione della Conference on Lasers and Electro Optics di San Jose, IBM ha dato dimostrazione del primo chip CMOS in grado di integrare in forma monolitica componenti ottici accanto ai tradizionali componenti elettronici. Quanto mostrato da IBM è la prova di come sia possibile, dopo anni di ricerca, realizzare in maniera commercialmente opportuna un dispositivo capace di processare luce e segnali elettrici sullo stesso chip.

CMOS Integrated Nano-Photonics Technology è quanto, dopo 15 anni di lavoro nel campo della ricerca sulla silicon photonics, ha permesso di realizzare ad IBM un transceiver da 100 gigabit al secondo. Il chip realizzato dai ricercatori di Big Blue va a combinare quattro canali da 25 gigabit al secondo, ciascuno operante su una lunghezza d'onda differente (quindi segnali luminosi di quattro colori diversi), in un singolo canale da 100 gigabit al secondo. In appena un secondo il nuovo transceiver è in grado di condividere digitalmente 63 milioni di tweet oppure sei milioni di immagini o di scaricare un film in alta definizione in circa due secondi. Secondo quanto dichiarato dai ricercatori non vi sarebbero problemi, con le tecniche e la tecnologia attuali, poter arrivare a otto canali.

Supratik Guha, responsabile della divisione Physical Sciences di IBM Research, ha commentato: "Abbiamo fatto ricerca sulla silicon photonics sin dal 2000 perché abbiamo compreso tutte le opportunità che offre per processare i dati. Crediamo che i nostri sforzi porteranno come risultato il primo chip commerciale in grado di integrare CMOS e Silicon Photonics".

Il transceiver fa uso di fotorecettori al germanio e demultiplexer ottici che fondono i quattro segnali luminosi in un singolo segnale elettrico il quale può essere a sua volta diviso nuovamente in quattro segnali luminosi da ritrasmettere al di fuori del chip. Uno dei principali problemi nel campo della silicon photonics è da sempre stato rappresentato dall'interfaccia ottica al chip, ma la soluzione di IBM permette la possibilità di impiegare un connettore economico o addirittura di collocare vicini due chip per rendere possibili comunicazioni tra di essi.

Spostando l'informazione tramite la pulsazione luminosa, le interconnessoni ottiche sono divenute un elemento integrante degli attuali sistemi di computazione e dei datacenter di prossima generazione. I componenti hardware, siano essi a pochi centimetri di distanza o a svariati chilometri, possono comunicare tra loro ad elevate velocità usando questo genere di interconnessioni. Molte delle interconnessioni ottiche utilizzate oggi sono basate sulla tecnologia VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) dove i segnali ottici sono trasportati tramite una fibra ottica multimode. La domanda per maggiore distanza e velocità di trasferimento tra le porte, generata per esempio dai servizi cloud, sta spingendo per lo sviluppo di tecnologie per interconnessioni ottiche single-mode che possono superare le limitazioni di bandwidth-distanza dei collegamenti multimode VCSEL. La tecnologia CMOS Integrated Nano-Photonics offre una soluzione economica per estendere la portata e le velocità di trasferimento dei collegamenti ottici. La parte essenziale di un transceiver ottico può essre combinata monoliticamente in un solo chip in silicio ed è progettata per poter essere compatibile con i processi standard di produzione dei chip di silicio.

"Rendere la tecnologia silicon photonics pronta per la diffusione commerciale aiuterà il settore dei semiconduttori a mantenere il passo con la sempre crescente domanda in capacità di calcolo fomentata dai servizi cloud e dai Big Data. Proprio come la fibra ottica ha rivoluzionato il mondo delle telecomunicazioni portando velocità al trasferimento del flusso di dati - ed enormi benefici ai consumatori - siamo entusiasmati per il potenziale racchiuso nella possibilità di sostituire i segnali elettrici con le pulsazioni di luce. Questa tecnologia è progettata per rendere i futuri sistemi di computazione più veloci e più efficienti e di permettere ai clienti di cogliere i suggerimenti dei Big Data in tempo reale" ha commentato Arvind Krishna, senior vice president e direttore di IBM Research.