Intel клеит терабиты

Технология изготовления гибридных лазеров призвана одолеть последний барьер на пути интеграции фотоники в кремниевые чипы и обещает скорое появление дешёвых терабитных оптических каналов.

Инженерам корпорации Intel вместе с учеными из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре удалось разработать технологию изготовления гибридных лазеров на основе кремния и фосфида индия. Эта технология призвана одолеть последний барьер на пути интеграции фотоники в кремниевые чипы и обещает скорое появление дешевых терабитных оптических каналов передачи данных между чипами компьютеров следующих поколений.

Кремний, как известно, прозрачен для инфракрасного излучения лазеров, используемых в телекоммуникациях. Он хорошо подходит для изготовления оптических волноводов, модуляторов, переключателей и прочих элементов, что необходимо для производства оптических чипов по хорошо отработанной, дешевой и массовой технологии. Беда в том, что кремний не годится для излучения света. Все многолетние попытки обойти эту трудность и создать дешевый кремниевый лазер в чипе пока не привели к приемлемым результатам.

Вот и приходится в сегодняшних экспериментальных фотонных чипах либо присоединять заранее изготовленные полупроводниковые лазеры к кремниевому волноводу чипа, либо вводить свет от внешнего мощного лазера в кремниевую микросхему по специальному оптическому волокну, а там разделять его и использовать по разным надобностям. Оба решения дороги, неудобны и не позволяют как следует развернуться, поскольку такими способами в чип можно встроить лишь небольшое количество источников света.

В новой технологии лазеры в чипе с самого начала задуманы составными. Фосфид индия наряду с арсенидом галлия сегодня широко применяют для изготовления телекоммуникационных лазеров. Этот полупроводник призван эффективно излучать и усиливать свет, а уже кремниевый волновод формирует резонатор лазера, определяет его длину волны и остальные параметры.

Изюминка технологии в том, как соединяются два полупроводника с разной кристаллической решеткой. Соединение должно выдерживать напряжения, возникающие при нагреве работающего чипа, и не должно мешать фотонам. Для его создания ученые использовали низкотемпературную плазму кислорода, с помощью которой на обоих полупроводниках формируется тончайший слой их окислов. При нагреве и соединении слои окислов прочно связываются как своеобразный "стеклянный клей", толщина которого всего около 25 атомов. Технология позволяет за одну операцию "склеивания" получить сразу столько непрерывных гибридных лазеров, сколько необходимо. Исследователи в своей работе продемонстрировали изготовление сразу семи лазеров, способных излучать 1,8 мВт на длине волны 1577 нм.

Обещанный терабитный оптический передатчик в одном чипе может быть изготовлен, если 25 расположенных в ряд лазеров будут излучать на чуть разных длинах волн, излучение каждого будет модулироваться данными на скорости 40 Гбит/с, а затем собираться в одно оптическое волокно. Кремниевый модулятор, способный работать на скорости 10 Гбит/с, был показан инженерами Intel еще в прошлом году, так что все компоненты подобной системы, по крайней мере на экспериментальном уровне, практически готовы. Такие терабитные передатчики должны стать основой будущих суперкомпьютеров, обеспечивая обмен информацией между тысячами процессоров и выводя быструю "оптику" на новый уровень: из дальних коммуникаций в ближние.

Однако, даже по оптимистичным оценкам, пройдет еще несколько лет, прежде чем гибридные лазеры дойдут до массового производства. Первые образцы таких лазеров великоваты (0,8 мм в длину) и отказываются работать, если температура чипа превышает 40 °С. Но все эти трудности, по мнению разработчиков, будут преодолены по мере совершенствования технологии.