Optochips: Sparsame Nano-LEDs bei Raumtemperatur

Nicht mit einem Laser, sondern mit einer Single-Mode-LED können Forscher der Stanford-Universität Daten übertragen. Das klappt jetzt bei Raumtemperatur und soll für sparsamere optische Vernetzungen von Chips sorgen.

Artikel veröffentlicht am 18. November 2011, 12:07 Uhr, Nico Ernst

Optochip mit Nano-LEDs (Bild: Stanford)

Das Licht, mit dem Daten nicht nur über große Strecken durch Glasfasern, sondern auch zwischen Computerbausteinen übertragen werden sollen, kommt bisher meist aus einem Laser. Zwar lassen sich auch diese Lichtquellen inzwischen mit Halbleitertechnik herstellen, sie haben aber einen Nachteil: Ihr Strombedarf ist für den Einsatz in einem Rechner vergleichsweise hoch.

Wissenschaftler in Stanford wollen nun statt 500 Femtojoule pro übertragenem Bit, wie das bei einer Laser-LED üblich ist, nur 0,25 Femtojoule an Energie benötigen. Dazu hat das Team um Jelena Vuckovic aus einer Arsenid-Verbindung eine LED konstruiert, die auch bei Raumtemperatur Licht abgibt. Darin steckt der Durchbruch, denn die Quantum-Dot-LEDs arbeiteten bisher nur bei Temperaturen weit unter minus 100 Grad Celsius.

Die Single-Mode-LED erfüllt dabei beide Funktionen der bisher gebauten Optochips: Sie dient als Lichtquelle und Modulator zugleich. Da bei Laserkonstruktionen dafür zwei Baugruppen benötigt werden, die auch auf verschiedene Arten mit Energie versorgt werden müssen, ergibt sich das Einsparpotenzial.

Der Baustein mit den LEDs, den die Stanford-Forscher bereits vorführen konnten, kommt auf eine Übertragungsgeschwindigkeit von 10 Gigabit pro Sekunde. Das reicht für Netzwerkanwendungen zwar aus, ist aber nicht so schnell, dass die optische Übertragung zwischen Chips im Inneren eines Computers sich damit schon lohnen würde.

Intel arbeitet schon länger an Bausteinen für Silicon Photonics und kommt dabei inzwischen auf 50 GBit/s. Die Chips des Halbleiterherstellers müssen dabei noch von herkömmlichen Laserdioden versorgt werden, diese lassen sich aber inzwischen auch integriert herstellen. Gegenüber elektrischen Verbindungen ist die optische Übertragung zwischen Chips aber nicht nur wegen hoher Geschwindigkeiten interessant.

Kleinere Geräte durch optische Vernetzung

Da nur eine einzelne Glasfaser oder ein ähnlicher Lichtleiter benötigt wird, lässt sich der Aufwand für die Verschaltung auf Platinen (Routing) reduzieren, was auch dazu führt, dass die Bausteine dichter zusammengepackt werden können. Das kann im Endeffekt zu einer Verkleinerung vieler Geräte führen.

Die Stanford-Forscher haben auf Basis ihrer Arbeiten bereits Patente angemeldet und die Ergebnisse auch bei Nature Communications veröffentlicht.