Продемонстрирован первый чип с оптическими межсоединениями

Используя только стандартные процессы массового микроэлектронного производства, исследователи из Массачусетского технологического института (MIT), Калифорнийского университета в Беркли и Университета Колорадо создали функционирующий оптоэлектронный микропроцессор, в котором информация между электронными компонентами передаётся в виде фотонов.

Чип изготовлен на мощностях компании GlobalFoundries, использующей технологию «кремний на изоляторе» (SOI). Оптические волноводы создавались на тонком слое стекла в кремниевой заготовке. Разница коэффициентов преломления стекла и кремния удерживает свет в волноводе.

Микропроцессор, о котором сообщается в журнале Nature, имеет габариты 3×6 мм, содержит 850 оптических компонентов и всего 70 млн транзисторов. В этом отношении он значительно уступает сегодняшним коммерческим процессорам, содержащим миллиарды элементов, тем не менее вполне годится для демонстрации функциональности оптического чипа.

В комбинированной, оптоэлектронной схеме световые сигналы должны преобразовываться в электричество и обратно. Но контакты с металлом влияют на передачу оптических данных. Авторы нашли выход, нанеся металл на внутреннюю часть тороидального оптического компонента — кольцевого резонатора. Там он не взаимодействует со светом, который проходит по внешней стороне «бублика», но, при приложении напряжения, может изменять оптические свойства резонатора, либо регистрировать изменения светового сигнала, преобразуя оптическую информацию в электрический вид.

Исследователи показали, что по производительности их транзисторы неотличимы от тех, что используются в обычных процессорах, изготовленных GlobalFoundries. При этом, высокая чувствительность световых сенсоров, построенных на кольцевых резонаторах, позволяет снизить затраты энергии на передачу бита информации до 1,3 пикоджоуля — в 10 раз меньше, чем у полностью электрических чипов даже на самых коротких дистанциях. По удельной пропускной способности, составившей 300 Гб/с мм2, новый чип превосходит имеющиеся на рынке электронные аналоги в 10-50 раз.

Возможность использовать для выпуска оптических чипов традиционные полупроводниковые производственные мощности без каких-либо модификаций сделает оптические коммуникации более привлекательными для компьютерной индустрии.

Это исследование уже привело к появлению двух стартапов, ориентирующих свои предложения на центры обработки данных. SiFive занимается внедрением использовавшейся в экспериментальном чипе открытой архитектуры RISC-V, а Ayar Labs фокусируется на технологиях фотонных межсоединений.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365