Вопреки пессимистичным прогнозам насчёт того, что оптические технологии еще не скоро будут интегрированы в полупроводниковые интегральные схемы, компания IBM сегодня сообщает о достижении новых рекордов размеров быстродействия, плотности и полосы пропускания фотонных устройств. В прошлом году ученые научно-исследовательского центра IBM им. Томаса Дж. Ватсона уже сообщали о создании миниатюрных массивов кольцевых оптических волокон, позволяющих «замедлять» световые импульсы (см. статью Ю. Власова со товарищи). В этом году ученым удалось достичь прогресса в миниатюризации этих наноскопических устройств, соперничающего с уровнем интеграции электронных ИС, выполненных по технологии КМОП (CMOS).
Кольцевые резонаторы IBM обладают размерами всего 6 мкм, что позволяет размещать линию задержки на кремниевой подложке в площади 0,03 кв. мм. Предыдущий рекорд принадлежал лаборатории Белла (Alcatel-Lucent Bell Laboratories), и их линия задержки имела в длину несколько миллиметров.
Оптические линии задержки выполнены на 200-мм кремниевой подложке по технологии SOI (кремний-на-изоляторе). Толщина слоя кремния составляет 226 нм, оксида – 2 мкм. Получившиеся волноводы имеют сечение 510х226 нм и хорошо пропускают одномодовое излучение на длине волны 1,55 мкм – величина потерь составляет 1,7 дБ/см.
Получившиеся КМОП-микросхемы предоставляют наносекундные времена задержки, что позволяет использовать их в коммерческих оптоволоконных коммутаторах для организации очередей ожидания пришедших одновременно пакетов. Сейчас для разгрузки оптоволоконных коммутаторов в такой ситуации оптические сигналы приходится переводить в электрические и сохранять их в DRAM – с последующей их пересылкой трансивером по мере его освобождения.
Важная проблема, которую удалось решить исследователям IBM и не удалось решить в Bell Labs (а также в Hewlett-Packard, Корнелльском университете, Университете Рочестера и Калифорнийском университете в Санта-Барбаре) – увеличить время задержки без снижения полосы пропускания. Так, в линиях задержки площадью 0,03 кв. мм удается одновременно удерживать 10 бит данных, а не один, как в предыдущих экспериментах лаборатории Белла, что объясняется большим количеством 6-мкм микрорезонаторов в одной линии задержки.
Сейчас IBM работает над увеличением плотности оптических данных с 10 бит до сотен и тысяч, что позволит сохранять без преобразования в электричество в таких линиях сигнал, пришедший с большими задержками или с большой дистанции, а также над дальнейшим уменьшением размеров микрорезонаторов.