211service.com
Silicon Photonics kommer till marknaden
Kiselfotonik – som använder kiselchips för att skicka och ta emot databärande ljussignaler – lovar att revolutionera telekommunikationen, men hittills har det till stor del varit begränsat till labbet. Nu Luxtera , en startup baserad i Carlsbad, CA, som växte ur California Institute of Technology, har tillkännagett den första optiska kabeln baserad på samma kiselteknik som används för att tillverka mikroprocessorer. Företaget säger att kabeln, kallad Blazar, kan skicka 40 gigabit data per sekund genom sin fiber men kommer att kosta så lite som dagens 20-gigabit-per-sekund optiska kablar. Byggd med standardkomplementär metalloxid-halvledare, eller CMOS, bearbetning, kommer kabeln sannolikt att hitta sina första applikationer i datacenter och datorkluster.
Kiselfotonik: (1) De tunna linjerna på ytan av detta chip är vågledare, kanaler utskurna i kisel som riktar ljus. (2) Fem indiumfosfidbaserade lasrar monterade på en form. (3) Luxtera-forskare modifierade en standarddel av halvledartestutrustning så att den kan testa såväl optiska som elektriska funktioner. (4) Den här enheten kopplar fiber till Luxteras kiselbaserade chip.
Det här är världens första CMOS-fotonikprodukt, säger Cary Gunn, Luxtera CTO. Det är kulmen på åtta års utveckling: sex på Luxtera och innan dess två år på Caltech.
Idag är de flesta fotonikenheter, såsom lasrar, modulatorer - prylarna som kodar data på ljusstrålar - och detektorer gjorda av dyra icke-kiselmaterial som indiumfosfid och litiumniobat. Det har varit den konventionella visdomen att kisel, även om det är bra för elektroniska applikationer som mikroprocessorer och minne, inte är väl lämpat för att generera, modifiera eller detektera ljus. Men kiselfotonik är ett snabbt framskridande område, tack vare forskning vid företag och universitet som Intel, IBM, University of California, Santa Barbara och Caltech. (Se Intel snabbar upp Silicon Photonics.)
Kunderna som Luxtera initialt riktar sig till är högpresterande datorcenter och datacenter med rack av servrar kopplade till system som sprider sig över gigantiska rum och lager. Dessa centra utgör ryggraden i den moderna informationsinfrastrukturen och används av Internetleverantörer, regeringen, finansbranschen, forskare och allmännyttiga företag. Och i de allra flesta av dem är utrustning kopplad med kopparkablar, som har begränsad bandbredd som minskar med avståndet. Till exempel kan tjocka kopparkablar bara ge cirka 10 gigabit data per sekund över en och en halv meter.
Eftersom koppar, även om det är relativt billigt, är långsamt och begränsar det fysiska arrangemanget av komplexa datorsystem, har ingenjörer istället vänt sig till fiberoptiska kablar, som ger mycket högre bandbredd och kan sträcka avstånd på mer än 300 fot utan att förlora datakapacitet. . Optiska kablar är också tunnare och mycket mer flexibla än koppar, så de hjälper till att hålla datacenter svala: tjocka kopparkablar tenderar att fånga värme och blockera kylluften från fläktarna. Men eftersom en standard optisk kabels sändtagare – chipsen i dess ändar som skickar och tar emot data – är gjorda av dyra halvledare, kan själva kabeln bli dyr.
Luxtera hoppas kunna göra optiska kablar mer överkomliga genom att använda kisel i delar av transceivern. Gunn förklarar att varje sändare (en halva av transceivern) i den nya kabeln innehåller en relativt billig indiumfosfidlaser. Ljuset från denna laser delas upp i fyra strålar och varje stråle passerar genom en modulator gjord av kisel. En elektrisk signal, säger Gunn, skickas till varje modulator för att trycka signalen direkt på ljusvågen med en hastighet av 10 gigabit data per sekund. Sedan skickar en annan kiselfotonikenhet, kallad en holografisk lins, ljuset till lågkostnadsfiber. Den holografiska linsen etsas litografiskt in i chippets yta och ersätter den uppsättning linser som finns i en optisk standardkabel. Efter att det har sänts ner i fibern passerar det datakodade ljuset genom en annan holografisk lins och riktas mot en rad indiumfosfidbaserade fotodetektorer, som omvandlar det tillbaka till en elektrisk signal. Elektronik integrerad i samma CMOS-chip som innehåller fotonikenheterna förstärker och rensar upp signalen och skickar den till en elektrisk mottagare. Varje ände av en Luxtera Blazar-kabel har ett chip som innehåller både en sändare och en mottagare, säger Gunn.
Den nya produkten representerar nästa logiska steg i att använda kiselfotonik för lågkostnadsmontering, säger Alan Willner , professor i elektriska system vid University of Southern California. Möjligheten att samla olika optiska komponenter ger ett ännu mer övertygande argument varför 40-gigabit-per-sekund optiska kablar kan slå ut koppar, säger han.
Och marknaden för sådana enheter är definitivt bra, säger Fred Zieber, VD för Pathfinder Research, ett teknikanalysföretag. Det är en bra produkt för saker som serverfarmar och datorkomplex, säger han. Och den marknaden växer ganska snabbt.
Luxtera kan behöva övervinna hindret att vara en startup och därför inte välkänd och pålitlig i branschen, säger Zieber. Men han tillägger att tillförlitligheten hos dess produkt kan ge företaget en fördel. De använder inte mystiska material och sätter inte ihop många marker för att göra detta. Allt detta borde ge dig ett mer robust paket.
Gunn är övertygad om att kabeln kommer att hitta kunder, och eftersom transceiverchipsen tillverkas i större antal kan deras kostnad sjunka till den grad att kiselbaserade optiska kablar till och med kan konkurrera med koppar – något som optiska kablar av icke-kisel aldrig kommer att göra. När kostnaderna minskar, noterar Gunn, kan kiselfotonik gå längre än att bara tillhandahålla anslutningar mellan system. Tittar man längre ut kommer kiselfotonik att åtgärda flaskhalsar inom system, säger han. Hemdatorer vars kretsar använde kiselfotonik istället för kopparledningar, tillägger han, skulle vara snabbare och hålla strömförbrukningen till ett minimum.