Кремниевая фотоникатехнология передачи данных
В нескольких категорияхфотонные устройстваКремниевые фотонные компоненты конкурентоспособны по сравнению с лучшими в своем классе устройствами, которые обсуждаются ниже. Возможно, то, что мы считаем наиболее революционной работой в областиоптическая связьЭто создание интегрированных платформ, объединяющих модуляторы, детекторы, волноводы и другие компоненты на одном кристалле, взаимодействующие друг с другом. В некоторых случаях в эти платформы также включены транзисторы, что позволяет интегрировать усилитель, последовательный преобразователь и обратную связь на одном кристалле. В связи со стоимостью разработки таких процессов эти усилия в первую очередь направлены на приложения для одноранговой передачи данных. Кроме того, учитывая стоимость разработки процесса производства транзисторов, в данной области формируется консенсус, что с точки зрения производительности и стоимости в обозримом будущем наиболее целесообразно интегрировать электронные устройства, применяя технологию сращивания на уровне пластины или кристалла.
Возможность создания чипов, способных выполнять вычисления с использованием электронных устройств и осуществлять оптическую связь, очевидна. Большинство ранних применений кремниевой фотоники было связано с цифровой передачей данных. Это обусловлено фундаментальными физическими различиями между электронами (фермионами) и фотонами (бозонами). Электроны отлично подходят для вычислений, поскольку не могут находиться в одном и том же месте одновременно. Это означает, что они сильно взаимодействуют друг с другом. Поэтому электроны можно использовать для создания крупномасштабных нелинейных коммутационных устройств – транзисторов.
Фотоны обладают разными свойствами: множество фотонов могут находиться в одном месте одновременно, и при особых обстоятельствах они не мешают друг другу. Именно поэтому возможна передача триллионов бит данных в секунду по одному волокну: для этого не требуется создавать поток данных с пропускной способностью порядка одного терабита.
Во многих частях мира оптоволокно до дома является доминирующей парадигмой доступа, хотя в США это пока не подтверждено, поскольку оно конкурирует с DSL и другими технологиями. В связи с постоянным спросом на пропускную способность, потребность во всё более эффективной передаче данных по оптоволокну также неуклонно растёт. Общая тенденция на рынке передачи данных заключается в том, что с сокращением расстояния цена каждого сегмента резко снижается, а объём увеличивается. Неудивительно, что усилия по коммерциализации кремниевой фотоники сосредоточены на приложениях с высокой пропускной способностью и малым радиусом действия, ориентированных на центры обработки данных и высокопроизводительные вычисления. В будущем к областям применения будут относиться межплатные соединения, USB-подключения малого радиуса действия и, возможно, даже взаимодействие ядер процессоров, хотя перспективы развития приложений с использованием технологии «ядро-ядро» на кристалле пока остаются довольно спорными. Хотя кремниевая фотоника ещё не достигла масштабов отрасли КМОП, она уже начала превращаться в значимую отрасль.
Время публикации: 09 июля 2024 г.