Microchips ottici

raggio laser - Foto di interact imagesI microchips del futuro useranno la luce al posto dell’elettricità e in questo modo sarà possibile contenere i consumi energetici per lo spostamento dei dati.

Il chip optoelettronico integrato è un chip che funziona usando la luce al posto dell’energia elettrica.

Con la crescente necessità di spostare sempre più dati e sempre più velocemente è importante trovare un sistema capace di ridurre i consistenti consumi energetici legati all’aumento della larghezza di banda.

I chips optoelettronici potrebbero ridurre drasticamente il consumo energetico dei computer del futuro, ma ad oggi la produzione di questo tipo di tecnologia, usata nel settore delle telecomunicazioni, non è applicabile ai microprocessori. Questo perché le singole componenti sono realizzate separatamente e solo in un secondo tempo vengono assemblate insieme, mentre i microprocessori richiedono una più densa concentrazione di componenti.

Per superare il problema gli scienziati hanno sviluppato una tecnica nota come integrazione monolitica per cui le diverse componenti vengono costruite insieme e direttamente sulla stessa porzione di silicone, ma i materiali impiegati per costruire i dispositivi ottici non sono compatibili con i processi attualmente in uso per la produzione dei microprocessori pertanto l’integrazione monolitica da sola non risolve il problema.

I ricercatori del MIT hanno tentato di sviluppare tecniche per l’integrazione monolitica di componenti ottiche nei chips dei computer senza alterare i processi produttivi attuali. In collaborazione con IBM hanno prodotto chips con fotorivelatori, risonatori ad anello – che filtrano particolari lunghezze d’onda – e guide d’onda – che conducono la luce attraverso il chip. Tuttavia manca una fessura/canale sotto le guide d’onda per evitare che la luce fuoriesca e proprio per questo motivo potrebbe essere indispensabile apportare alcune modifiche ai processi produttivi di oggi.

Contemporaneamente i ricercatori del MIT stanno portando avanti un altro progetto parallelo che prevede la realizzazione delle componenti ottiche ed elettriche su wafer di silicone differenti che poi vengono fusi insieme per produrre un wafer ibrido.
Questo approccio sembra essere più costoso ma consente di ottimizzare sia le componenti ottiche sia quelle elettroniche separatamente.

I due differenti approcci su cui lavorano i ricercatori necessitano entrambi di un laser esterno al chip che fornisca il raggio di luce per trasportare i dati. Il laser esterno al chip potrebbe essere una caratteristica dei primi chips optoelettronici per l’applicazione sui computer e un possibile utilizzo potrebbe riguardare la trasmissione dei dati tra server o tra processore e memoria.

Per la comunicazione ottica è necessario impiegare laser capaci di produrre lunghezze d’onda opportune e questo è possibile usando il germanio. Si tratta di un elemento che entra già a far parte dei processi produttivi dei chips allo scopo di incrementarne la velocità.
Visto che il germanio è già presente nelle lavorazioni sarà forse più semplice riuscire ad impiegarlo per sviluppare una tecnica per costruire laser interni ai chips. Se così fosse sarebbe possibile ridurre ulteriormente il consumo energetico dei chips poiché il chip con laser integrato potrebbe essere spento quando non viene usato oppure la sua potenza potrebbe essere regolata in base alle necessità.

Il vantaggio del chip con laser integrato sarebbe nell’enorme risparmio energetico dato dal fatto che si potrebbero realizzare microprocessori con centinaia di cores che comunicano tra loro così da poter trasferire i dati senza ricorrere alla memoria.

Fonte

Massachusetts institute of technology