ננו-פוטוניקה מבוססת סיליקון: במעבדות המחקר של יבמ משלבים רכיבי תקשורת אופטית בשבבי מחשב רגילים

לאחר עשר שנות מחקר הבשילה הטכנולוגיה המאפשרת הזרמת טרה-בייטים רבים במהירות האור בתוך המחשב ובין רכיביו – והיא עוברת לייצור מסחרי

יבמ מציגה התקדמות משמעותית בשימוש באור במקום באותות חשמליים להעברת נתונים ומידע בתוך מחשבים מדורות עתידיים. הטכנולוגיה שזכתה לשם “ננו-פוטוניקה מבוססת סיליקון”, מאפשרת לשלב מגוון רכיבים אופטיים לצד מעגלים חשמליים, על גבי שבב סיליקון בודד. לראשונה בתולדות התעשייה, הצליחה יבמ לייצר שבבים משולבים כאלה בטכנולוגיית מוליכים למחצה סטנדרטית, של פחות מ- 100 ננו-מטר.

ננו-פוטוניקה מבוססת סיליקון עושה שימוש בפעימות אור לצורך תקשורת, ומספקת “כביש מהיר” להעברת כמויות גדולות של נתונים בקצבים גבוהים במיוחד, בין שבבים שונים המשולבים בשרתים, מרכזי עיבוד נתונים ומחשבי על. יישום הטכנולוגיה פורץ את המגבלות שהיו מוכרות עד עתה, בתעבורת נתונים כבדה באמצעות מחברי תקשורת מסורתיים הנושאים תג מחיר יקר.

לדברי ד”ר ג’ון קלי, סגן נשיא בכיר ומנהל מערך המחקר של יבמ, “פריצת הדרך הטכנולוגית היא תוצאה של יותר מעשור שנים של מחקר חלוצי המתבצע ביבמ. הידע החדש הזה מאפשר לנו להעביר את טכנולוגיית הננו-פוטוניקה מבוססת הסיליקון מהמעבדות אל עולם הייצור האמיתי, שם היא צפויה להשפיע על מגוון רחב של יישומים ותחומים”.

כמות הנתונים הנוצרים בארגונים ומוזרמים ברשתות התקשורת שלהם ממשיכה לצמוח במהירות, עם הופעתם של יישומים ושירותים חדשים. ננו-פוטוניקה מבוססת סיליקון, העושה את דרכה אל עולם הפיתוח היישומי והמסחרי, עשויה לאפשר לתעשייה לעמוד בקצב הגידול בדרישה לביצועים בשבבי סיליקון, ובכוח מחשוב בכלל.

עסקים נכנסים עתה לעידן חדש הדורש מערכות שיוכלו לעבד ולנתח, בזמן אמת, כמויות גדולות של נתונים, שזכו לכינוי Big Data. ננו-פוטוניקה מבוססת סיליקון נותנת מענה לאתגרי ה- Big Data, באמצעות תקשורת שקופה בין חלקים שונים של מערכות גדולות – בין אם הן מרוחקות זו מזו סנטימטרים ספורים בלבד, ובין אם מפרידים ביניהם קילומטרים. באמצעות שבבים משולבים כאלה, ניתן יהיה להזיז ולהעביר טרה-בייטים רבים של נתונים בתקשורת אופטית יעילה ומהירה.

לאחר הוכחת היכולת הראשונה של הטכנולוגיה החדשה, שהתבצעה ב- 2010, הצליחה יבמ לפתור שורת אתגרים בדרך להעברת ננו-פוטוניקה מבוססת סיליקון מהמעבדה אל מפעלי הייצור הסדרתי. תוספת מספר מודולים לקו הייצור ב- 90 ננומטר (0.9 מיקרון) בטכנולוגיית CMOS, מאפשרת עתה לייצר מגוון רכיבים ננו-פוטוניים בסיליקון סטנדרטי.

בין השאר, מאפשרת הטכנולוגיה של יבמ לייצר מרבבי אורך גל wavelength division multiplexers (WDM), מאפננים (מודולטורים), וגלאי אור, ולשלבם זה בצד זה יחד עם מעגלים חשמליים, על גבי שבבי CMOS. כתוצאה, ניתן לייצר משדר-מקלט אופטי (טרנסיבר) על גבי שבב סיליקון בודד, במפעלי ייצור רגילים – תוך קיצוץ משמעותי בעלויות בהשוואה לתהליכי הייצור המסורתיים של רכיבי תקשורת אופטי.

טכנולוגיית ננו-פוטוניקה מבוססת סיליקון מציגה רכיבים המסוגלים להתמודד עם תעבורת נתונים בקצבים של 25 גיגה-ביט לכל ערוץ. בנוסף, מאפשרת הטכנולוגיה להזין מספר ערוצי נתונים אופטיים אל תוך סיב בודד באמצעות ריבוב אורך הגל, המתבצע על גבי אותו שבב תקשורת. היכולת לרבב זרמים גדולים של נתונים בקצב גבוה תאפשר להמשיך ולהגדיל את יכולות התקשורת האופטית, ולהזרים טרה-בייטים של נתונים בין חלקים מרוחקים של מערכות מחשב.

הפיתוח החדש של יבמ יוצג השבוע בכנס IEDM, המתקיים בסן פרנסיסקו.