Интернет растет в геометрической прогрессии, и с этим ростом прибыл страх, что текущие оптические сети передачи данных могут достигнуть своих пределов в ближайшие годы. По мнению Optical Networks Group, такие события, как скорое развертывание 5G, быстрый рост центров обработки данных и облачных сервисов, а также развитие искусственного интеллекта, угрожают расширить границы существующей инфраструктуры.
Современные сети могут передавать данные на гигабитных скоростях, но, по оценкам исследователей, терабитные скорости будут необходимы для поддержания увеличенного трафика в Интернете.
Слияние фотонных и электронных технологий уже давно рассматривается как путь к достижению необходимых скоростей передачи. Юрг Лойтхольд, профессор фотоники и коммуникаций в ETH Zurich, объясняет: «Ключ к этому изменению парадигмы заключается в объединении электронных и фотонных элементов на одном кристалле».
В течение последних двадцати лет исследователи из ETH Zurich пытались объединить фотонные и электронные технологии в одном чипе. Чтобы понять, почему эти усилия заняли так много времени, прежде всего важно понять историю технологий. Исторически фотонные чипы были намного крупнее электронных чипов. Эта разница в размерах была основным препятствием для объединения фотонных технологий с КМОП-технологией.
По этой причине электронные и фотонные элементы в прошлом изготавливались на отдельных микросхемах, а затем соединялись проводами. Однако этот метод ограничен стоимостью отдельного изготовления двух чипов и потерей качества сигнала при преобразованиях между двумя чипами. Потеря качества сигнала существенно ограничивает скорости передачи в волоконно-оптических сетях связи.
Рост плазмоники имеет решающее значение для достижения этой цели. Плазмоника – это подмножество фотоники, которая может быть использована для сжатия световых волн в структуры, которые намного меньше, чем длина волны света. Эта технология позволила масштабировать фотонные чипы до такой степени, что они наконец могут быть интегрированы с КМОП-технологией в один чип.
Недавно исследователи из ETH Zurich наконец-то смогли достичь этой цели благодаря умной работе над дизайном и многолетним улучшениям в этой области. Исследователи достигли этого подвига, сначала уменьшив размер модулятора на чипе, который производит свет определенной интенсивности, превращая электрические сигналы в световые волны.
Исследователи поместили электронные и плазмонные компоненты плотно друг на друга на одной подложке и подключили их непосредственно к чипу через сквозные кремниевые переходные отверстия (TSV). Посредством наслоения электроники и плазмоники путь передачи сокращается, что приводит к меньшим потерям с точки зрения качества сигнала.
Чип также выигрывает от мультиплексирования 4:1 для увеличения скорости на электронном уровне. По сути, процесс принимает четыре сигнала с более низкой скоростью и объединяет их в один высокоскоростной электрический сигнал. Кроме того, исследователи решили использовать технологию BiCMOS вместо CMOS, что позволяет электронике работать еще быстрее.
Благодаря интеграции всех этих технологий этот чип способен передавать данные со скоростью более 100 гигабит. По словам Уели Коха, ведущего автора исследования, это первый раз, когда монолитный чип достиг таких скоростей.
© digitrode.ru