Со скоростью света

Архив

Когда Agilent Technologies, дочернее предприятие Hewlett-Packard, в начале года анонсировала прототип фотонного коммутатора, ее акции подскочили на 47%, добавив к рыночной капитализации компании сразу 23 млрд. долларов! А через неделю после этого события Nortel Network купила за 3,25 млрд. долларов Xros, начинающую фирму из Кремниевой долины, которая обладает собственной многообещающей технологией оптических коммутаторов. Вообще же, большинство ведущих производителей коммуникационного оборудования, включая Lucent Technologies и Corning, считают разработку подобных устройств задачей с наивысшим приоритетом.

В отличие от не поддающейся разумению страсти к акциям компаний dot-com, интерес к акциям производителей оптического оборудования вполне рационален. По оценкам аналитика высокотехнологичных рынков из Yankee Group, в течение ближайших трех лет доступ в Интернет получат миллиарды мобильных телефонов, карманных компьютеров и прочих миниатюрных электронных устройств. Однако грядут не только количественные, но и качественные изменения: станут возможными видео и аудио по заказу - приложения, чей аппетит к пропускной способности каналов ныне остается неудовлетворенным.

Коммуникационные системы пока еще справляются с потоками информации в глобальных масштабах, но лишь благодаря тому, что их пропускные способности удваиваются каждые девять месяцев. Проблема же заключается в том, что в управляющем оборудовании, к которому подключаются оптические каналы, данные приходится преобразовывать в электрические сигналы, а затем, на выходе, - выполнять обратное преобразование в световой поток. На небольших расстояниях и скоростях все это работает неплохо, но в реальных условиях электроника становится узким горлышком. По словам Дэвида Бишопа (David Bishop), директора микромеханических исследований из Bell Labs, никаких предположений насчет того, как обойти это узкое место при переходе от оптики к электронике не существует, и, похоже, это явление имеет фундаментальную природу. Именно поэтому взгляды ученых и промышленников устремлены сейчас на оптические коммутаторы, в которых преобразования сигналов вообще не происходит.

Фотонные коммутаторы первого поколения уже нашли практическое применение. Их главным преимуществом является то, что провайдеры связи могут реконфигурировать сети, что называется, на лету, а не высылать бригады специалистов, которые будут путаться в оптических кабелях, переподключая их вручную. К примеру, если опорный канал MCI, связывающий Денвер с Чикаго, выходит из строя из-за повреждения в районе Де-Мойна, то оптические коммутаторы Bell Labs тут же направляют поток в обход повреждения, по исправным каналам.

Но то, что обещает фотоника в будущем, выходит далеко за рамки коммуникационных технологий. К примеру, фотонные технологии уже скоро смогут найти применение в сверхбыстрых системах обработки информации. Ряд фирм, в том числе Honeywell, Sun Microsystems и IBM, экспериментируют с массивами светодиодов и лазеров, которые могут стать оконечными устройствами фотонных системных шин в будущих компьютерах. Предполагается, что первоначально подобные оптические технологии будут использоваться в суперкомпьютерах, и это уже нашло отражение в планах Honeywell.

Полгода назад компания Nanovation Technologies (Майами, штат Флорида) приняла решение в течение шести лет инвестировать 90 млн. долларов в разработку фотонных технологий, ведущуюся в Массачусетском технологическом институте (МТИ). Главной целью исследований является эмуляция в фотонных чипах функций современных интегральных схем: на единой подложке будут располагаться лазеры, оптические проводники, оптические детекторы и вентили, в совокупности выполняющие функции обычных микросхем. Это решение, по мнению специалистов из Nanovation и МТИ, приведет к такому же скачку производительности систем обработки информации, какой в свое время дали интегральные схемы.

До сих пор производительность электронных компонентов росла за счет все большей и большей миниатюризации транзисторов, и наконец дошло до того, что скорость обработки данных значительно превзошла скорость обмена результатами вычислений между активными элементами. По оценке Международной ассоциации производителей полупроводников Sematech, предел развития технологий с металлическими проводниками наступит в 2008 году, и единственной альтернативой станет оптика.

Однако оптические проводники в чипах появятся не завтра. Прежде чем Nanovation или кто-то другой станет в области микрофотоники тем, кем Intel стала для микроэлектроники, придется многому научиться. Главной задачей является укрощение фотонов, не имеющих собственного заряда - того кнута, которым управляются электроны. Одним из подходов к управлению световыми лучами может стать создание все более тонких и эффективных волноводов (waveguide). Ряд компаний, среди которых и Agilent, и Nanovation, разрабатывают новые материалы, в частности гибриды кремний - двуокись кремния или фосфид индия. Эти вещества способны в такой степени препятствовать рассеянию световых потоков, что луч с длиной волны 1,5 мкм (типичной для оптических коммуникаций) может быть заключен в волновод диаметром 0,5 мкм. Кроме того, новые волноводы могут иметь очень высокую кривизну изгиба - на порядки большую, нежели у ранее известных волноводов, допустимая кривизна которых не превышала нескольких миллиметров.

Фотоны, заключенные в тончайших проводниках, приобретают необычные и потенциально полезные свойства. Например, прикладывая небольшое электрическое поле, можно отклонять луч в волноводе и направлять его в примыкающие волноводы-ответвления. А концентрические структуры разного диаметра, реализованные в волноводах, могут извлекать из светового луча волны определенной длины. Эти и другие малоизученные эффекты могут послужить основой для создания принципиально новых чипов - фотонных.

В заключение отмечу, что, по моему мнению, в данном контексте уместно употребление и "корпускулярных", и "волновых" терминов: "фотоны", "волноводы" и т. д. Тем более что дуализм не более чем прием, введенный человеком для того, чтобы объяснить устройство мира, не постижимое в его целостности.