الضوئيات النانوية القائمة على السيليكون: في مختبرات أبحاث IBM، يتم دمج مكونات الاتصالات البصرية في رقائق الكمبيوتر العادية

وبعد عشر سنوات من البحث، نضجت التكنولوجيا التي تسمح بتدفق العديد من التيرابايت بسرعة الضوء داخل الكمبيوتر وبين مكوناته - وتنتقل إلى الإنتاج التجاري

تقدم شركة IBM تقدمًا كبيرًا في استخدام الضوء بدلاً من الإشارات الكهربائية لنقل البيانات والمعلومات داخل أجهزة كمبيوتر الأجيال القادمة. هذه التكنولوجيا، التي أُطلق عليها اسم "الضوئيات النانوية القائمة على السيليكون"، تجعل من الممكن الجمع بين مجموعة متنوعة من المكونات البصرية إلى جانب الدوائر الكهربائية، على شريحة سيليكون واحدة. ولأول مرة في تاريخ الصناعة، تمكنت شركة IBM من إنتاج مثل هذه الرقائق المتكاملة في تكنولوجيا أشباه الموصلات القياسية، بأقل من 100 نانومتر.

تستخدم الضوئيات النانوية القائمة على السيليكون نبضات الضوء للتواصل، وتوفر "طريقًا سريعًا" لنقل كميات كبيرة من البيانات بمعدلات عالية للغاية، بين شرائح مختلفة مدمجة في الخوادم ومراكز معالجة البيانات وأجهزة الكمبيوتر العملاقة. يكسر تطبيق التكنولوجيا القيود التي كانت معروفة حتى الآن، في حركة البيانات الكثيفة باستخدام موصلات الاتصالات التقليدية التي تحمل ثمنًا باهظًا.

ووفقاً للدكتور جون كيلي، نائب الرئيس الأول ومدير نظام أبحاث شركة IBM، فإن "الاختراق التكنولوجي هو نتيجة لأكثر من عقد من الأبحاث الرائدة التي تم إجراؤها في شركة IBM. وتسمح لنا هذه المعرفة الجديدة بنقل تكنولوجيا الضوئيات النانوية القائمة على السيليكون من المختبرات إلى عالم الإنتاج الحقيقي، حيث من المتوقع أن تؤثر على مجموعة واسعة من التطبيقات والمجالات."

تستمر كمية البيانات التي يتم إنشاؤها في المؤسسات والمنقولة عبر شبكات الاتصالات الخاصة بها في النمو بسرعة، مع ظهور تطبيقات وخدمات جديدة. إن الضوئيات النانوية القائمة على السيليكون، والتي تشق طريقها إلى عالم التطوير التطبيقي والتجاري، قد تسمح للصناعة بمواكبة الطلب المتزايد على الأداء في رقائق السيليكون، والقدرة الحاسوبية بشكل عام.

تدخل الشركات الآن عصرًا جديدًا يتطلب أنظمة يمكنها معالجة وتحليل كميات كبيرة من البيانات في الوقت الفعلي، والتي يطلق عليها اسم البيانات الضخمة. توفر الضوئيات النانوية القائمة على السيليكون إجابة لتحديات البيانات الضخمة، من خلال الاتصال الشفاف بين أجزاء مختلفة من الأنظمة الكبيرة - سواء كانت تفصل بينها بضعة سنتيمترات فقط، أو ما إذا كانت تفصل بينها كيلومترات. باستخدام هذه الرقائق المدمجة، سيكون من الممكن نقل ونقل العديد من تيرابايت من البيانات في اتصال بصري فعال وسريع.

وبعد إثبات القدرة الأولى للتكنولوجيا الجديدة، والتي تم تنفيذها في عام 2010، تمكنت شركة IBM من حل سلسلة من التحديات في طريق نقل الضوئيات النانوية القائمة على السيليكون من المختبر إلى مصانع الإنتاج التسلسلية. إن إضافة عدة وحدات إلى خط الإنتاج عند 90 نانومتر (0.9 ميكرون) في تقنية CMOS، يجعل من الممكن الآن إنتاج مجموعة متنوعة من المكونات النانوية في السيليكون القياسي.

ومن بين أمور أخرى، تتيح تكنولوجيا IBM إمكانية إنتاج معددات إرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM)، وأجهزة تعديل، وكاشفات للضوء، ودمجها جنبًا إلى جنب مع الدوائر الكهربائية، على شرائح CMOS. ونتيجة لذلك، أصبح من الممكن إنتاج جهاز إرسال واستقبال بصري (جهاز إرسال واستقبال) على شريحة سيليكون واحدة، في مصانع الإنتاج العادية - مع خفض التكاليف بشكل كبير مقارنة بعمليات الإنتاج التقليدية لمكونات الاتصالات البصرية.

تتميز تقنية النانو الضوئيات القائمة على السيليكون بمكونات قادرة على التعامل مع حركة البيانات بمعدل 25 جيجابت لكل قناة. بالإضافة إلى ذلك، تسمح هذه التقنية بتغذية عدة قنوات بيانات بصرية في ليف واحد من خلال تعدد إرسال الطول الموجي، والذي يتم تنفيذه على نفس شريحة الاتصال. إن القدرة على مضاعفة تدفقات كبيرة من البيانات بمعدل مرتفع ستجعل من الممكن الاستمرار في زيادة قدرات الاتصال البصري، وتدفق تيرابايت من البيانات بين الأجزاء البعيدة من أنظمة الكمبيوتر.

سيتم عرض التطوير الجديد لشركة IBM هذا الأسبوع في مؤتمر IEDM الذي يعقد في سان فرانسيسكو.