Корпорация IBM объявила о разработке последнего элемента набора, необходимого для конструирования компьютерных чипов, в которых сигналы между транзисторами и ядрами будут передаваться при помощи импульсов света.

Исследователи из корпорации IBM заявили об очередном прорыве в кремниевой фотонике – науке, изучающей способы передачи данных внутри вычислительных систем ними посредством световых импульсов. В частности, ученые изобрели нанофотонный лавинный фотодетектор – крошечное устройство, способное преобразовывать световые импульсы в двоичный код с невероятно большой скоростью.

В основе работы нового фотодетектора лежит свойство германия. При поступлении на устройство одного импульса света, в материале высвобождается несколько носителей зарядов, которые затем высвобождают другие носители – создается эффект лавины. В результате изначальный сигнал многократно умножается. Потребляя аналогичное по сравнению с другими подобными фотодетекторами количество энергии и работая от напряжения 1,5 В, устройство способно принимать оптический сигнал с частотой 40 Гбит/с и при минимальных помехах выдавать по 400 млрд бит в секунду, то есть умножая входящий сигнал в 10 раз.

Аналогичные разработки ведут и другие компании, включая Sun Microsystems и Intel. В 2008 г. вторая из них объявила о разработке аналогичного лавинного фотодетектора с выходной полосой пропускания 340 ГГц. Однако в IBM утверждают, что их устройство в 20 раз меньше, чем любая из существующих разработок, благодаря чему помехи при усилении сигнала сократились приблизительно на 60%.

Устройство изготовлено из кремния и германия – материалов, широко используемых в современной микроэлектронике. В частности, оба материала используются в современных микропроцессорах. Помимо этого, фотодетектор был изготовлен посредством современных технологий производства. Все это дает потенциальную возможность коммерческого производства чипов, в которых фотодетекторы будут находиться рядом с транзисторами и обеспечивать связь между ними и ядрами при помощи света.

По словам ученых IBM, данная разработка позволяет значительно приблизить время создания небольших и эффективных в плане потребления электрической энергии суперкомпьютеров с вычислительной мощностью в несколько экзафлопов, то есть в тысячу раз больше в сравнении с современными системами высокопроизводительных вычислений.

Более важно, однако, то, что новый лавинный фотодетектор стал последним элементом в наборе инструментов, необходимых для конструирования таких чипов. В декабре 2007 г. компания объявила о разработке элтекронно-оптического модулятора, преобразующего электрический сигнал в оптические импульсы, то есть делающий обратную сегодняшнему фотодетектору работу. Кроме того, за последние несколько лет компания также разработала крошечный роутер для управления оптическими сигналами, а также буфер для их хранения, который также является необходимым компонентом оптических процессоров.