IBM è la prima azienda a integrare componenti elettrici e ottici sullo stesso chip di silicio. Il colosso statunitense ha usato il processo produttivo a 90 nanometri, creando un chip monolitico che consentirà comunicazioni tra diversi chip e computer a una velocità migliaia di volte maggiore rispetto a quella odierna raggiunta con rame e reti ottiche.
Il nuovo chip di IBM è in grado di spostare dati a circa un terabit al secondo, e in futuro potrebbe essere in grado di raggiungere velocità nell'ordine dei petabit e degli exabit. Insomma, dopo decenni di ricerca, un primo proof of concept nel 2010 e un chip interamente ottico realizzato pochi mesi fa, IBM è riuscita finalmente a venire a capo della nanofotonica in silicio (CMOS-integrated nanophotonics, CINP).
Ecco il chip nanofotonico di IBM, con le guide d'onda ottiche in blue e i collegamenti in rame in giallo
IBM ha dimostrato che può realizzare questi chip con un processo produttivo commerciale e per questo non solo i costi sono ridotti all'osso, ma anche le tempistiche di debutto: le prime soluzioni potrebbero infatti arrivare sul mercato entro un paio di anni. Questo tipo di chip per ora ha uno scopo particolare, cioè quello di andare a rimuovere i colli di bottiglia presenti all'interno dei supercomputer e nei collegamenti nelle grandi sale dati, dove il bandwidth è il maggiore freno allo svolgimento rapido delle operazioni. Nulla vieta tuttavia in futuro di inserire un chip nanofotonico all'interno di un computer qualunque.
Per arrivare a realizzare questo chip, IBM ha fatto due grandi passi avanti. Per prima cosa è riuscita a realizzare un chip monolitico in silicio che integra sia componenti elettrici - transistor, condensatori e resistori - sia ottici - modulatori, fotorilevatori, guide d'onda.
Il termine monolitico indica che l'intero chip è prodotto da un singolo cristallo di silicio, su una singola linea di produzione, cioè i componenti ottici sono realizzati nello stesso momento di quelli elettrici, usando lo stesso processo. All'interno del chip non abbiamo parti separate, ma tutti i componenti sono "mischiati" per formare un circuito nanofotonico.
L'altro grande traguardo raggiunto è appunto l'uso di un processo produttivo commerciale, che è quello a 90 nanometri SOI già usato in passato dall'azienda per produrre anni fa i chip delle console Xbox 360, PS3 e Wii. Secondo Solomon Assefa, scienziato per la nanofotonica di IBM Research, è stato questo il passaggio più difficile e i tecnici hanno trascorso gran parte degli ultimi due anni impegnati proprio su questo aspetto.
Nel chip vi sono modulatori ottici e fotorilevatori al germanio che possono inviare e ricevere dati a 25 gigabit al secondo (Gbps), usando il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda su quattro canali. Nell'immagine qui sopra vedete un singolo transricevitore modulatore/fotorilevatore, con un collegamento in rame (giallo) e transistor (punti rossi).
Assefa ha dichiarato che questo singolo blocco è grande 0,5 x 0,5 mm e che IBM è riuscita a realizzare un die da 5 x 5 mm con 50 transricevitori. Collengando due di questi die insieme con un canale in fibra si ottiene un'interconnessione con un bandwidth da 1.2 terabit al secondo. Si tratta insomma di un nuovo grandissimo traguardo di un'azienda che non smette mai di stupire. IBM è pioniera in molti settori e nel corso della sua esistenza è riuscita a reiventarsi più volte. Questo nuovo successo è significativo per tutta l'industria perché porta grande innovazione a costi contenuti.
La tecnologia nanofotonica potrebbe, in teoria, essere integrata nelle CPU future o nei SoC di smartphone e tablet. Questo chip potrebbe occuparsi addirittura "collegare il vostro PC direttamente alla rete in fibra ottica di un provider, permettendo potenzialmente velocità di download di un terabit o più", scrive il sito Extremetech. Insomma, siamo davanti a una passaggio rivoluzionario per il settore informatico, in grado di rendere validi anche per il futuro i dettami della Legge di Moore.