10.12.2012 IBM meldet den Durchbruch bei „Silicon Nanophotonics“

Optische Chips bald praxisreif?

Von: Berthold Wesseler

Nach zehn Jahren Entwicklungsarbeit meldet IBM heute den Durchbruch bei „Silicon Nanophotonics“. Demnach sollen bald deutlich schnellere Computerchips gebaut werden, die sowohl optische als auch elektrische Schaltkreise enthalten.

Bei "CMOS Integrated Silicon Nanophotonics" werden die optischen Bauteile und die Transistoren in einer Siliziumschicht untergebracht.
Querschnitt durch einen Silicon Nanophotonics-Chip der IBM mit optischen und elektrischen Schaltungen.
Schrägansicht der Datenautobahn mit optischen Wellenleitern (blau) und klassischen Kupferleitern (gelb) für die Signalübertragung.

Die „optischen Chips“ übertragen Informationen teilweise auch mit Licht statt wie bisher nur mit elektrischen Signalen. Diese von IBM „Silicon Nanophotonics“ genannte Bauweise soll optische und elektrische Bauteile auf einem Chip vereinen, der Strukturgrößen von unter 100 Nanometern aufweist.

Licht kann die Daten viel schneller transportieren als elektrische Signale. Weil ein solcher Datentransport auch zwischen mehreren Chips oder sogar zwischen verschiedenen Servern im Rechenzentrum erfolgt, fallen die dafür heute noch notwendigen Umwandler (Stichwort z.B. Fibre Channel) weg. Das spart Zeit bei der Datenübertragung – und außerdem noch Kosten. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig.

From the Lab to the Fab

Was im Jahr 2010 beim „Proof of Concept“ nur im Labor funktionierte, kann IBM nun in ihren Chipfabriken in einer Strukturgröße von 90 Nanometern herstellen, sagt John E. Kelly, Direktor von IBM Research. Die Fertigungstechnologie heißt „CMOS Integrated Silicon Nanophotonics“. Damit lassen sich die Chips im herkömmlichen CMOS-Verfahren herstellen, wobei die optischen Bauteile und die Transistoren in einer Siliziumschicht untergebracht sind. Dazu haben die Forscher kompakte aktive und passive nanophotonische Komponenten entwickelt, die bis an die Beugungsgrenze verkleinert wurden. Das ist die physikalische Grenze, bis zu der eine Optik funktioniert.

Die neue Technik ermöglicht es laut Kelly, Modulatoren, Photodetektoren und sogar Wellenlängen-Multiplexer in herkömmliche CMOS-Schaltkreise einzubauen, um optische Transceiver auf einen Chip zu bringen, die bislang aus mehreren Komponenten zusammengebaut werden müssen. Diese neuen, integrierten CMOS-Transceiver auf einem Chip sollen Datenraten von über 25 Gigabit pro Sekunde pro Kanal erreichen. Per Wellenlängen-Multiplexing kann ein Chip auch mehrere Datenströme über eine Glasfaserleitung weitertransportieren. Möglich werden so Datenraten im Terabyte-Bereich, heißt es in der IBM-Pressemitteilung.

www.research.ibm.com/photonics

Bildquelle: IBM