Быстродействие со скоростью света

Ожидается, что новая технология позволит создать более мощные и скоростные процессоры, в том числе и для мобильной индустрии. Соучредитель корпорации Intel Гордон Мур (Gordon Moore) еще в 1965 году описал возможность миниатюризации микрочипов. В то время он заметил, что число транзисторов, которые можно “упаковать” в одну стандартную микросхему, удваивается каждые два года.

И вся “микроэлектронная промышленность” послушно следовала этому закону год за годом, пока появление новых технологий не привело к бурному развитию чипостроения. Сегодня размер микрочипов на основе кремния близок к теоретическому пределу – речь идет о величинах с приставкой “нано”. Да и скорость передачи данных приблизилась к своему максимальному критическому значению. В настоящее время, передача информации из одной части микросхемы в другую, осуществляется путем пересылки пакета данных в виде электрических сигналов по медным проводам. Длина проводов может составлять лишь несколько миллиметров, но для электронов это эквивалентно перемещению из одного поезда метро в другой в часы пик. Также, как и пассажиры подземки, электроны вынуждены протискиваться по узеньким туннелям – пропускная способность медных проводов не слишком велика.

В оптических схемах для передачи информации вместо электронов задействованы фотоны. Они составляют хорошую альтернативу схемам на основе медных проводов: оптические системы более эффективны при передаче данных и потребляют при этом меньше энергии. В оптических схемах расстояние от источника до детектора фотоны проходят вдоль волноводов, подобных миниатюрному оптоволокну. Правда столь миниатюрные волноводы делают из кремния, а не из стекла.

Несмотря на многосторонние исследования особенностей кремниевых волноводов, вряд ли удастся заменить проводные микросхемы чисто-кремниевыми лазерами. По мнению Ван Таурхаута, более эффективным будет сочетание кремниевых волноводов и индий-фосфатных лазеров. Проект по созданию подобных устройств называется PICMOS. В него входят несколько исследовательских институтов и университетов Европы, а также две французские компании - STMicroelectronics и TRACIT Technologies.

Одним из направлений исследований является создание миниатюрной лазерной системы, достаточно маленькой, чтобы генерировать излучение для каждого связующего звена цепи. Участникам PICMOS удалось создать индий-фосфатный лазер диаметром 7 мкм – достаточно миниатюрный, чтобы обеспечить несколько тысяч связей в чипе размером 2 х 2 см. Подобные лазеры могут найти применение и в миниатюрных оптических сенсорах и биосенсорах. Но главным достижением ученых и инженеров стала разработка технологии, позволяющей соединить кремний и индий-фосфат.

К сожалению, оптическая передача данных с использованием микролазеров и кремниевых волноводов – технология завтрашнего дня. Высокая стоимость и трудоемкость производства прототипов оптических схем не позволяют запустить их в массовое производство. Тем не менее, пилотные образцы продукции уже получены и продолжается дальнейшее развитие технологии.

Александра Привалова