Будущее фотоники: молния и гром
Будущее фотоники: молния и гром

Фотонные чипы обещают нам новую парадигму обработки информации


14:29 22.09.2017   |  Джордж Нотт |  Computerworld, США

Рубрика Технологии |   460 прочтений



Замедление скорости света вплоть до скорости звука в фотонных чипах сулит прорыв в области хранения и обработки информации.

 

Подводный волоконно-оптический кабель, опоясавший половину земного шара, доставляет данные на компьютер в световой форме в считанные мгновения. Но для того чтобы успевать их обработать, скорость передачи необходимо замедлять.

Организовать управление фотонами (элементарными световыми частицами, или фотонами, на уровне микрочипа весьма затруднительно, поэтому сейчас они преобразуются в электроны. Однако такое преобразование требует существенных затрат энергии, приводит к выделению большого количества тепла, а по мере усложнения систем и увеличения объемов данных устройства становятся слишком громоздкими, дорогими и крайне восприимчивыми к электромагнитному излучению.

Фотонные чипы (photonic integrated circuit, PIC), разрабатываемые такими корпорациями, как IBM и Intel, обещают нам новую парадигму обработки информации. Потенциал их применения в телекоммуникационной отрасли, волоконно-оптических сетях и облачных ЦОД огромен. Но есть одна проблема: свет движется слишком быстро.

«Для коммерческого использования фотонные данные на чипе необходимо замедлять, с тем чтобы их можно было эффективно обрабатывать, маршрутизировать, хранить и обеспечивать доступ к ним, – пояснил Мориц Мерклейн из центра CUDOS (ARC Centre of Excellence for Ultrahigh bandwidth Devices for Optical Systems).

Вместе со своей коллегой, доктором Биргит Стиллер, он впервые продемонстрировал решение, наделавшее много шуму в исследовательском сообществе. В ходе демонстрации фотоны преобразовывались в звуковую форму, и вследствие этого их прохождение задерживалось.

«Данные в акустическом виде передаются на пять порядков медленнее, чем в световом, – пояснила Стиллер, научный сотрудник Университета Сиднея, являющаяся руководителем проекта. – Те же различия мы наблюдаем у грома и молнии».

Исследователи, работающие в Школе физики и Центре нанонаук при Университете Сиднея, где располагается и CUDOS, существенно замедлили прохождение информации, преобразовав ее с помощью интегральной схемы из световых волн в звуковые волны.

«Созданный внутри чипа акустический буфер кардинально расширяет наши возможности в части управления данными», – заявил Мерклейн.

Чип был изготовлен в филиале CUDOS – Центре лазерной физики Австралийского национального университета — и стал первым опытом подобного рода.

«Хранение или задержка оптических сигналов открывает путь к дальнейшим исследованиям, а возможности оптической обработки и организации взаимодействия при помощи света расширяются, – указывают авторы статьи «A chip-integrated coherent photonic-phononic memory», опубликованной в журнале Nature Communications. – Оптический буфер, способный поддерживать когерентность оптического сигнала и операции с волнами разной длины, значительно раздвигает нынешние рамки фотонных интегральных схем и оптических соединений».

Проводившиеся в последние годы исследования помогли значительно увеличить время хранения фотонов в звуковых вибрациях и обеспечить когерентность при выполнении обратного преобразования, но из-за существующих ограничений практическое применение подобных средств сдерживалось.

Чтобы быть полезным, буфер должен поддерживать пропускную способность на уровне хотя бы 1 ГГц, объединять несколько каналов с волнами разной длины и встраиваться в чип.

В ходе демонстрации в Сиднее исследователи сумели преодолеть мешающие ограничения. Очень немаловажно и то, что предложенный ими метод работает при комнатной температуре и обеспечивает простую интеграцию с другими компонентами микрочипа.

«Наша система не ограничена узкой полосой пропускания, – указала Стиллер. – Это позволяет нам сохранять и извлекать информацию, одновременно используя волны разной длины, что значительно повышает эффективность устройства».

Некоторые исследователи XXI век называют веком нанофотоники. Соответствующие технологии находят применение в телекоммуникационных сетях и радарах, используются при диагностике заболеваний и для сокращения энергопотребления устройств и ЦОД.

«Мы сделали очень важный шаг вперед в области обработки оптической информации, – подчеркнул директор CUDOS и соавтор исследования профессор Бенджамин Эглтон. – Новая концепция отвечает всем требованиям оптических коммуникационных систем нынешнего и будущих поколений».


Теги: