Computer werden in naher Zukunft nicht mehr mit elektrischen Signalen, sondern mit Photonen funktionieren. Das bedeutet eine wesentlich schnellere Datenverarbeitung. Forscher der University of Colorado haben nun gezeigt, dass sich diese Bauelemente mit standardisierten Chip-Produktionsverfahren günstig herstellen lassen.
Die Ingenieure konnten photonische Bauelemente mit ihrem geringen Leistungsverbrauch auch mit gängigen Herstellungsverfahren fertigen - ein wichtiger Meilenstein in der Photonik-Technologie. Die zwei neuen Bauelemente - ein Modulator und ein abstimmbarer Filter - sind genauso energieeffizient wie die besten Photonik-Bauelemente, und sie wurden mit einem Standard-CMOS-Prozess von IBM hergestellt. "Soweit wir es wissen, sind wir die ersten, denen es gelungen ist, Silizium-Photonik in einen CMOS-Prozess zu integrieren und eine derartig gute Energieeffizienz zu erzielen", so Forscher Mark Wade. Am Projekt arbeiteten ausserdem Wissenschaftler vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der University of California, Berkeley.
Das Mooresche Gesetz könnte demzufolge schon alleine aufgrund des steigenden Leistungsbedarfs bald seine Grenzen erreichen, wobei der Leistungsbedarf der Kommunikationsverbindung zwischen der CPU und dem Speicher besonders problematisch ist. Eine Lösung dieser Herausforderung könnte die Photonik sein, die nach Ansicht von Forschern mindestens zehnfach energieeffizienter ist als die Elektronik.
Bandbreitendichte stark erhöht
Chip-zu-Chip-Kommunikationsverbindungen mit photonischen Bauelementen könnten eine mindestens zehnfache Verbesserung der Bandbreitendichte mit sich bringen. Das bedeutet höhere Datenübertragungsmengen auf kleinerer Fläche. Ermöglicht werden diese Vorteile durch die Tatsache, dass sich unterschiedliche optische Signale die gleiche optische Leitung teilen können. Eine derartige Konfiguration ist mit elektrischen Signalen nicht praktikabel.
Dadurch, dass die photonischen Bauelemente nunmehr mit CMOS-Prozessen gefertigt werden können, müssen Chipdesigner nicht mehr Spezialisten im Bereich der Photonik-Bauelemente sein. Somit wird die Kommerzialisierung der Photonik-Technologie beschleunigt. Die von den Forschern entwickelten zwei Photonik-Bauelemente sind wichtige Komponenten für die Verbindung zwischen einer CPU und dem zugeordneten Speicher.
Ein Modulator setzt elektrische Signale in optische Signale um. Ein abstimmbarer Filter kann dann Lichtsignale mit einer bestimmten Frequenz aus einer Reihe von Frequenzen aufnehmen, wobei jede Frequenz Daten überträgt. In Verbindung mit einem Fotodetektor setzt der Filter optische Signale wieder in elektrische Signale um. Laut Wade geht die Wichtigkeit dieser Erfindung weit über die beschriebene Applikation hinaus.
