• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Перспективные приложения кремниевой фотоники

Интернет и мобильная связь проникли во все сферы жизни человека, активно развиваются облачные сервисы и потоковое телевидение высокой четкости, набирает силу Интернет вещей. Все это в ближайшие годы приведет к экспоненциальному росту объема передаваемых в сеть данных и увеличению спроса на новые технологии, обеспечивающие повышенную пропускную способность информационных каналов. Подобные разработки могут применяться при передаче данных на всем пути от пользователя до дата-центров, внутри дата-центров и даже между чипами в мультипроцессорных системах современных суперкомпьютеров при расчетах «больших данных» (big data). В настоящем выпуске информационного бюллетеня представлены перспективные направления фотоники — беспроводная оптическая связь, или оптика свободного пространства (служит для передачи информации посредством излученияот светодиодов и лазеров), и кремниевая фотоника, которая значительно удешевляет и миниатюризирует решения по передаче света через оптические волокна на короткие расстояния.

Версия для печати: 

Перспективные приложения кремниевой фотоники

Дата-центры переходят на оптическую связь

Трафик через дата-центры в ближайшие пять лет вырастет втрое: с 5 зеттабайт (Збайт) в 2015 г. до 15 Збайт к 2020 г. Увеличение объема данных, распространение концепции параллельных вычислений, предполагающей одновременную работу нескольких серверов, повышают требования к скорости их передачи. В подавляющем большинстве дата-центров сейчас используются сетевые кабели. Их пропускная способность (основанная на передаче электрического сигнала) достигла своего предела и недостаточна для удовлетворения растущих потребностей в высокоскоростной передаче данных. За счет оптических коммуникаций можно достичь значительного прогресса как в скорости обмена информацией, так и в дальности расстояния, на которое передается сигнал.

Решения для оптических коммуникаций, доступные на рынке сегодня, выглядят как громоздкие системы с несколькими разделенными элементами, выполняющими функции генерации излучения, раздельной модуляции и детектирования.Технологии кремниевой фотоники совмещают все указанные элементы, включая среду для транспортировки света между ними, на одном кремниевом чипе. Переход на них сократит общие энергозатраты дата-центров, приведет к снижению тепловыделения и веса оборудования, в частности кабелей.

 


 


 






Оптическая связь для суперкомпьютеров

Для вычислений в области квантовой физики, молекулярного моделирования, симуляции физических процессов, климатических исследований и прогнозирования погоды нужны высокопроизводительные вычислительные машины. Использование одного процессора уже не позволяет получить требуемую производительность, что приводит к распространению концепции мультипроцессорной системы.

В такой системе вычисления распределены между множеством процессорных чипов, а ее производительность прямо пропорциональна их количеству. Благодаря использованию кремниевой фотоники все процессоры связываются между собой и с модулями памяти проводящими дорожками, сформированными в кремнии во время производства чипа. При этом создается миниатюрное подобие телекоммуникационной сети, максимальная пропускная способность которой ограничена (загруженность процессоров зависит от своевременности подвода к ним пакетов информации). Переход от электронной передачи к оптической (на основе кремниевой фотоники) существенно повышает пропускную способность сети-на-чипе, одновременно снижая энергозатраты и тепловыделение. Оптические и модулирующие компоненты системы создаются на чипе в рамках одного технологического процесса, так же как при изготовлении традиционных микроэлектронных устройств. А увеличение стоимости производства при этом минимально благодаря использованию традиционного материала микроэлектронной промышленности — кремния.


 


 






Оптика свободного пространства 

С каждым годом увеличивается потребность в беспроводной передаче данных на больших скоростях. Новые решения, требующие выделения новых частот в «густонаселенном» радиодиапазоне электромагнитного спектра, не могут обеспечить высокоскоростной передачи информации (больше 1 Гбит/сек) на большие расстояния, а прокладка оптоволоконных сетей весьма затратна. Альтернативой радиочастотному диапазону для некоторых специфических областей применения может стать видимый, инфракрасный и ближний ультрафиолетовый диапазоны излучения. Такой вид связи получилназвание Free space optics (FSO) — оптика свободного пространства.

На рынке уже представлены решения для наружной передачи оптической информации на большие расстояния (до 150 км) и для оптических сетей внутри помещения (Visible light communication — VLC), выстраиваемых посредством высокочастотной модуляции света, испускаемого светодиодными лампами (LED). К потенциальным применениям технологии оптической беспроводной связи относят коммуникации между чипами, передачу на короткие расстояния (в том числе под водой), коммуникации на средние (Li-Fi сети, связь автомобиля с инфраструктурой и с другими транспортными средствами), дальние (например, между зданиями) и сверхдальние (космическая связь) расстояния.