Licht statt Elektronen Schnellere Chips dank Silicon Nanophotonics

Mit Silicon Nanophotonics will IBM dem Bau von Computerchips, die sowohl optische als auch elektrische Schaltkreise enthalten, ein wesentliches Stück nähergekommen sein. Auf diese Art und Weise sollen sich deutlich schnellere Chips herstellen lassen.

IBM vermeldet einen Durchbruch bei optischen Chips, die mit Licht statt mit elektrischen Signalen arbeiten, um Informationen zu übertragen. Die "Silicon Nanophotonics" genannte Technik soll es ermöglichen, optische und elektrische Komponenten auf einem Chip mit Strukturgrößen von unter 100 Nanometern zu vereinen.

Die Verwendung von Licht statt elektrischer Signale soll es möglich machen, Daten deutlich schneller zu transportieren, auch zwischen mehreren Chips innerhalb von Servern, innerhalb großer Rechenzentren und in Supercomputern, ohne dass dafür die heute teureren Umwandler notwendig sind.

Mehr als zehn Jahre hat John Kelly mit seinen Kollegen bei IBM Research an der Technik gearbeitet. Er sieht seine Entwicklung nun auf dem Weg in die kommerzielle Anwendung. Bereits 2010 stellten die IBM-Forscher einen Proof-of-Concept ihres Ansatzes vor.

Mit CMOS Integrated Silicon Nanophotonics lassen sich die Chips im herkömmlichen CMOS-Verfahren herstellen. Silizium-Transistoren und die nanophotonischen Komponenten teilen sich dabei eine gemeinsame Siliziumschicht. Dazu haben IBMs Forscher integrierte und extrem kompakte aktive und passive nanophotonische Komponenten entwickelt, die bis an die Beugungsgrenze verkleinert wurden, der kleinsten Größe, die dielektrische Optiken zulassen.

Dank der neuen Technik ist es laut IBM möglich, mit wenigen zusätzlichen Komponenten Modulatoren, Germanium-Photodektoren und extrem kleine Wellenlängen-Multiplexer in analoge und digitale CMOS-Schaltkreise zu integrieren. Letztendlich lassen sich damit dann optische Transceiver aus einem Chip herstellen. Bislang müssen diese aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt werden.

Was damals nur im Labor funktionierte, kann IBM nun in kommerziellen Chipfabriken in einer Strukturgröße von 90 Nanometern herstellen. Die CMOS-Transceiver sollen dabei Datenraten von über 25 Gigabit pro Sekunde pro Kanal erreichen, wobei über eine einzelne Verbindung mit Wellenlängen-Multiplex-Verfahren mehrere optischen Datenströme innerhalb eines Chips parallel verwendet werden können.