Корпорация IBM сообщила о важном шаге в направлении замены электрических сигналов, связывающих между собой электронные микросхемы через медные провода, миниатюрными кремниевыми каналами связи, передающими информацию в форме световых импульсов. Ученым компании удалось достичь значительного прогресса в это области, создав устройство, получившее название «нанофотонный лавинный фотодиод» (nanophotonic avalanche photodetector). Будучи самым быстродействующим в своем роде, оно способно привести к технологическому прорыву в области энергетически эффективных вычислений и оказать значительное влияние на будущее электроники.
В разработке используется эффект «лавинного умножения». Его можно сравнить со снежной лавиной на крутом горном склоне — входной световой импульс в первый момент освобождает лишь малое число носителей электрического заряда, которые, в свою очередь, освобождают другие носители; таким образом, исходный сигнал многократно усиливается. Обычные лавинные фотодиоды, однако, не могут детектировать быстрые оптические сигналы, поскольку лавина формируется относительно медленно.
Продемонстрированный IBM лавинный фотодиод является самым быстрым в своем роде устройством. Он способен получать информационные сигналы со скоростью 40 Гбит/с и одновременно десятикратно их усиливать. Кроме того, устройство работает при напряжении питания всего 1,5 В, что в 20 раз меньше, чем у подобных устройств, демонстрировавшихся ранее.
В устройстве IBM эффект лавинного умножения реализован в области размером несколько десятков нанометров, и протекает он очень быстро. Кроме того, благодаря столь миниатюрным размерам, шумы, порождаемые усилением оптического сигнала, подавляются на 50-70% по сравнению с обычными лавинными фотодиодами. Устройство IBM создано из кремния и германия с помощью стандартных процессов, используемых в полупроводниковой промышленности, что позволит легко интегрировать разработку с кремниевыми транзисторами для построения внутренних оптических каналов обмена данными с высокой пропускной способностью.
Новая разработка стала IBM Research стала «последним кусочком мозаики», завершающим картину разработки инструментария, необходимого для создания внутренних оптических соединений в микросхемах.
В декабре 2006 года ученые IBM продемонстрировали нанофотонную кремниевую линию задержки, в декабре 2007 года — объявили о разработке сверхкомпактного электрооптического модулятора, а в марте 2008 года — преуспели в создании самого миниатюрного в мире нанофотонного коммутатора для управления обменом данными по внутренним оптическим коммуникационным каналам микросхемы.
Источник: IBM