В середине марта корпорация IBM объявила о создании самого миниатюрного в мире нанофотонного коммутатора. По замыслу разработчиков, такое коммутационное устройство способно стать важным компонентом компьютерных микросхем следующего поколения, в которых обмен данными осуществляется с помощью проходящих через кристалл кремния световых импульсов, а не посредством передающихся по медным проводникам электрических сигналов. При этом будет достигнуто существенное повышение производительности чипа при гораздо меньшем потреблении электроэнергии.
Разработанный исследователями IBM нанофотонный коммутатор имеет ряд важных особенностей. Прежде всего он отличается миниатюрностью: на 1 мм2 помещается до 2000 таких микроустройств. Благодаря этому могут быть легко обеспечены требования по плотности упаковки элементов будущих многоядерных процессоров. Кроме того, оптический коммутатор позволяет маршрутизировать большие объемы данных, одновременно коммутируя световые потоки с различной длиной волны. Причем каждый световой сигнал определенной длины волны может переносить информацию со скоростью до 40 Гбит/с, обеспечивая суммарную пропускную способность наноустройства свыше 1 Тбит/с. Еще одна важная особенность оптического коммутатора — его способность устойчиво функционировать при колебаниях температуры в широком диапазоне.
Как известно, к числу перспективных направлений развития микроэлектронных устройств относится, в частности, увеличение числа ядер, размещаемых на одном кристалле (в настоящее время разработчики процессоров планируют увеличить их количество до десятков и даже сотен штук). Но повышение производительности многоядерного кристалла требует соответствующей пропускной способности внутренней сети чипа, обеспечивающей межсоединения его компонентов (в том числе и вычислительных ядер). В перспективе на смену используемым в современных чипах межсоединениям на основе медных проводников придут оптические соединения, которые будут реализованы с помощью кремниевых нанофотонных интегральных схем. Как рассчитывают специалисты, использование света вместо проводов позволит передавать почти в 100 раз больше информации между процессорными ядрами и расходовать при этом в 10 раз меньше энергии (и соответственно будет выделяться меньше тепла).
Кремниевый нанофотонный коммутатор был создан сотрудниками одного из научно-исследовательских центров IBM при поддержке Управления перспективных исследований министерства обороны США. В течение последних лет исследователи IBM разработали целую серию нанофотонных устройств, подтверждающих возможность реализации эффективных оптических каналов обмена данными в чипе. Так, в ноябре 2005-го было продемонстрировано кремниевое нанофотонное устройство, способное значительно замедлять и активно контролировать скорость светового потока. Спустя год было показано миниатюрное кремниевое устройство, обеспечивающее буферизацию информации (объемом более 1 байта), закодированной посредством оптических импульсов. А в конце прошлого года пришло сообщение о разработке сверхкомпактного кремниевого волоконно-оптического модулятора, преобразующего электрические сигналы в световые импульсы.
Исследования в области фотоники и применения фотонных устройств для компьютерных вычислений ведут не только специалисты IBM, но и многих других компаний, в частности Intel. Так, по словам руководителя лаборатории фотоники Intel Марио Паниччиа, в настоящее время перед его сотрудниками стоит задача интеграции всех необходимых для передачи данных с помощью света элементов (лазеров, модуляторов, волоконно-оптических кабелей, детекторов) в единое целое.
