reklama

Nový objev v oblasti základních prvků pro světelné čipy

Současné elektrické čipy v budoucnu nahradí optické čipy, které mohou být mnohem výkonnější a úspornější. Vědci vynalezli způsob, jak vyrábět i navrhovat další důležitou komponentu.

Pokud jde o světelné čipy, v posledních letech se objevilo spoustu nových objevů, které nás posouvají blíže k jejich realizaci. Stále se jedná především o výzkum základních prvků, ze kterých je takový optický čip složený. Stejně jako jsou současné elektronické čipy složené z hlavních komponent v podobě tranzistorů a elektricky vodivých spojů.

A právě na oblast spojování logických prvků uvnitř čipu se zaměřila inženýrka Jelena Vučkovičová, Alexander Y. Piggot a další vědci z výzkumného týmu.

Zahřívání a spotřeba elektronických čipů

Jedna z hlavních částí, která limituje současné elektrické čipy, je jistě spotřeba a zahřívání, které je způsobeno obrovským ztrátovým teplem. Tento efekt jistě zná každý z nás – při zatížení notebooku, tabletu nebo v dnešním případě i chytrého telefonu se zařízení často poměrně dost „rozpálí“.

Dle staršího výzkumu Davida Millera je spotřeba a zahřívání až z 80 % důsledkem samotných elektrických spojení uvnitř čipu a nikoli tranzistorů. To znamená, že přechod z použití elektronů pro přenos dat i uvnitř čipu by znamenal velký skok pro snížení spotřeby a teploty. I když lze očekávat, že by výrobci případný nový strop využili částečně i pro zvýšení rychlosti.

Fotonika je nyní poměrně v rozmachu, ale zatím jsme se posunuli z využívání fotonů na přenos na velké vzdálenosti k rychlému a efektivnímu spojení jednotlivých počítačů. To se hodí například u datacenter, serverů a podobně. Fotonické moduly jsou tak stále menší, efektivnější, rychlejší a hlavně levnější.

Miniaturizace technologie pro použití uvnitř čipů je ale ještě daleko, byť se velmi rychle blížíme k cíli. Přenos dat pomocí fotonů vyžaduje mnohem menší množství energie a dle současných měřítek lze přenášet až 20x více dat, než pomocí elektronů a vodiče.

Infračervené světlo a „děravá“ křemíková destička

Mezi použitelné vlastnosti křemíku patří to, že je pro infračervené světlo zcela průhledný, podobně jako průhledné sklo pro světlo ve viditelném spektru. Vědcům se podařilo vyvinout způsob, jak vyrábět opravdu miniaturní optické spoje, které lze teoreticky nasadit v počtech několika tisíců kusů přímo dovnitř čipu.

Klepněte pro větší obrázek
Pohled na strukturu optického spoje pod elektronovým mikroskopem

Současná výroba optických členů je pro takové nasazení neefektivní, protože moduly a karty obsahují maximálně jednotky takových optických spojů. Jak ale známe z historie, pokročilá miniaturizace je důvod, proč máme dnes i v jednom čipu miliardy tranzistorů.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek

Na první pohled malá křemíková destička o rozměrech 2,8 x 2,8 mikrometrů je schopná z jednoho příchozího světelného paprsku vytvořit dva odlišné s vlnovou délkou 1 300 nm a 1 550 nm. Ztráta signálu je přitom pouze -2 dB a přeslechy pouze  -11 dB.

Klepněte pro větší obrázek
Detail vytvořených paprsků s různou vlnovou délkou

Jedná se tak o nejmenší demultiplexor pro vlnovou délku světla. Nutno navíc podotknout, že tento prvek byl vyroben pomocí „staré“ výrobní technologie, tu nejpokročilejší mají samozřejmě společnosti jako Intel, Samsung, TSMC a další. O to víc je nové řešení zajímavější, protože nezahrnuje specializované stroje či podmínky, které ještě nejsou v hromadné výrobě – právě naopak.

Automatické navrhování dle potřeby

Týmu se podařilo vytvořit i algoritmus, který řeší další problém při nasazení těchto spojů ve větších počtech – návrh struktury. Otočili postup designování tak, že stačí zadat jak chcete, aby světlo bylo zakřivené a program automaticky vytvoří potřebnou strukturu křemíkového optického prvku pro výrobu.

Klepněte pro větší obrázek
Replika prvního tranzistoru z roku 1947. Takhle vypadají začátky (Zdroj: Inventing Europe)

I když se Intel už v minulosti vyjádřil, že využití fotonů pro logické výpočty, potažmo i kvantové procesory jsou ještě daleko, lze pozorovat přípravu na takové řešení, které umožní zase výkonnější a úspornější čipy. A to i při použití starší výrobní technologie. Stačí se podívat, jak obří byl první tranzistor.

Témata článku: Technologie, Čipy, Elektron, Hoffman, Mikroskopy, Alexander, Success

24 komentářů

Nejnovější komentáře

  • martin.pohl 31. 5. 2015 11:41:46
    Javurku, proc opisujes clanky, kterym zjevne NEROZUMIS??? Cele Zive jde...
  • Pavel Černík 31. 5. 2015 3:11:11
    Hlavni problem optickych prvku je velikostni limit. Aby svetlo mohlo nekde...
  • Dr.No64 30. 5. 2015 20:27:47
    to mel Android Data ze Star Treku ne ? to byla ta film kde tam kempovali...
reklama
Určitě si přečtěte

Vybíráte herní periferii nebo hardware? Pak zapomeňte na nálepku Gaming

Vybíráte herní periferii nebo hardware? Pak zapomeňte na nálepku Gaming

** Herní hardware se od toho běžného často liší jen vzhledem ** Při výběru stále nezapomínejte na základní parametry ** Poradíme jak vybrat herní hardware i periferie

20.  2.  2017 | Stanislav Janů | 36

10 nejhorších produktů v historii Microsoftu

10 nejhorších produktů v historii Microsoftu

20.  2.  2017 | Karel Javůrek | 141

AMD oficiálně představilo procesory Ryzen. Známe i jejich české ceny

AMD oficiálně představilo procesory Ryzen. Známe i jejich české ceny

** AMD uvedlo první tři procesory Ryzen 7 ** Všechny budou pracovat s osmi jádry a šestnácti vlákny ** Na pulty obchodů se dostanou už za týden

22.  2.  2017 | Stanislav Janů | 132

Pojďme programovat elektroniku: Žádný bastlíř se neobejde bez armády švábů

Pojďme programovat elektroniku: Žádný bastlíř se neobejde bez armády švábů

** Každý bastlíř se po čase neobjede bez armády švábů ** Dnes si některé z nich vyzkoušíme ** Třeba zázračný posuvný registr

19.  2.  2017 | Jakub Čížek | 40

EU se děsí Windows 10. Prý o nás vědí až příliš. Microsoft chystá změny

EU se děsí Windows 10. Prý o nás vědí až příliš. Microsoft chystá změny

** Evropští úředníci chtějí, aby byly Desítky transparentnější ** Microsoft od jara skutečně chystá změny ** Ochráncům soukromí to ale nestačí

21.  2.  2017 | Jakub Čížek | 218

Remix Singularity: Microsoft si na tom vylámal zuby. Jak dopadne Android?

Remix Singularity: Microsoft si na tom vylámal zuby. Jak dopadne Android?

** Microsoft do svých telefonů integroval desktopové prostředí ** Moc to ale nevyšlo, chyběl pořádný výkon ** Teď to zkoušejí ex-googleři s Remix Singularity

23.  2.  2017 | Jakub Čížek | 74


Aktuální číslo časopisu Computer

Supertéma o počítačové bezpečnosti

AMD Ryzen přichází

Velké testy kinoprojektorů a levných špuntových sluchátek

Příslušenství do USB-C

reklama
reklama