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.

Diskuze (24) Další článek: Zprávy Živě: Gympl zdarma, Cortana na Androidu a I/O

Témata článku: Technologie, Čipy, Success, Optický čip, Oblast, Destička, Efektivní spojení, Základ, Nový čip, Obrovský rozmach, Nový objev, Svět, Infračervené světlo, Nový, Viditelné světlo, Miniaturní modul, Velký skok, Elektronický čip, Křemíková destička, Objev, Miller, Alexander, Elektronový mikroskop, Mikroskopy, První tranzistor, Nový notebook levně na Mall.cz


Určitě si přečtěte

Google dosáhl revolučního milníku v kvantové nadvládě. IBM ale nesouhlasí

Google dosáhl revolučního milníku v kvantové nadvládě. IBM ale nesouhlasí

** Google představil nový kvantový čip s 53 qubity ** Oznámil, že díky němu lidstvo poprvé dosáhlo kvantové nadvlády ** IBM toto tvrzení zlehčuje

Karel Javůrek | 15

Google Coral: Raspberry Pi s čipem, který zpracuje 4 biliony operací za sekundu

Google Coral: Raspberry Pi s čipem, který zpracuje 4 biliony operací za sekundu

** Je to velké jako Raspberry Pi ** Ale je to až o několik řádů rychlejší ** Dorazil nám exotický Google Coral s akcelerátorem Edge TPU

Jakub Čížek | 18

HTTPS byl pouze první krok. Chrome zavádí DoH, tedy šifrované DNS. Dopady mohou být obrovské

HTTPS byl pouze první krok. Chrome zavádí DoH, tedy šifrované DNS. Dopady mohou být obrovské

** Šifrovaný web je dnes už samozřejmost ** Jeden díl skládačky ale ještě chybí – DNS ** Firefox už začal a teď se na šifrované DNS chystá i Chrome

Jakub Čížek | 95

Bývalý zaměstnanec Nokie vysvětluje, proč telefony s Windows Phone neuspěly

Bývalý zaměstnanec Nokie vysvětluje, proč telefony s Windows Phone neuspěly

** Za neúspěchem Microsoftu v mobilech stojí i Windows 8 ** Microsoft pozdě naskočil do rozjetého vlaku ** Uživatelé neměli zásadní důvody, proč přejít

Karel Kilián | 138


Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest 20 procesorů

Srovnání 15 True Wireless sluchátek

Vyplatí se tisknout fotografie doma?

Vybíráme nejlepší základní desky