Un bus è un circuito percorso da segnali elettrici. La miniaturizzazione ha portato a labirinti chilometrici racchiusi in chip di pochi millimetri. Una delle realtà più ovvie ma meno considerate nell'informatica moderna è che i bus dati sono ormai così estesi che la distanza percorsa dal segnale elettrico, che si muove quasi alla velocità della luce, non è più un dato trascurabile. Quindi le soluzioni sono: ridurre il percorso che il segnale deve affrontare, oppure velocizzare il segnale.
Per quanto riguarda la seconda ipotesi, i ricercatori Intel hanno realizzato un dispositivo simile al transistor in grado di codificare i dati su un fascio di luce. Si tratta di un passo avanti significativo verso lo sviluppo di dispositivi ottici capaci di trasferire i dati all'interno di un computer alla velocità della luce.
Segue il comunicato stampa di Intel.
Gli scienziati di Intel Corporation hanno raggiunto un risultato importante utilizzando i processi di produzione del silicio per creare un nuovo dispositivo simile al transistor in grado di codificare i dati su un fascio di luce. La possibilità di realizzare un modulatore fotonico (fibra ottica) veloce dal silicio standard potrebbe portare allo sviluppo di connessioni in fibra ottica ad ampia larghezza di banda e a costi estremamente contenuti tra PC, server e altri dispositivi elettronici e, in ultima analisi, anche all'interno dei computer.
Come segnalato nel numero odierno della rivista "Nature", i ricercatori Intel hanno suddiviso un fascio di luce in due fasci separati mentre attraversava il silicio, e quindi hanno utilizzato un nuovo dispositivo simile a un transistor per colpire un fascio con una carica elettrica, provocando uno "sfasamento". Quando i due fasci di luce vengono ricombinati, lo sfasamento provocato tra i due bracci fa accendere e spegnere la luce che esce dal chip a una velocità superiore a 1 gigahertz (un miliardo di bit di dati al secondo), ossia 50 volte più elevata di quella prodotta in precedenza sul silicio. Questo modello di on e off di luce può essere tradotto nelle sequenze di 1 e 0 necessarie per la trasmissione dei dati.
"Si tratta di un passo avanti significativo verso lo sviluppo di dispositivi ottici in grado di trasferire i dati all'interno di un computer alla velocità della luce", ha spiegato Patrick Gelsinger, Senior Vice President e Chief Technology Officer di Intel. "Questa è la tipica innovazione che si diffonde nel settore nel corso del tempo e rende possibile lo sviluppo di altri tipi di dispositivi e applicazioni. Potrebbe portare a una maggiore velocità di Internet, alla realizzazione di computer a elevate prestazioni molto più veloci e alla diffusione di applicazioni ad ampia larghezza di banda, ad esempio display dalla definizione ultra elevata o sistemi di riconoscimento visivo".
Finora per la produzione di dispositivi ottici commerciali sono stati utilizzati di preferenza materiali costosi e poco diffusi, che richiedono processi di produzione complessi e che quindi ne limitano l'utilizzo a mercati specializzati come quelli delle WAN (Wide Area Network) e delle telecomunicazioni. La produzione da parte di Intel di un modulatore ottico veloce basato su silicio con prestazioni superiori a 1 GHz dimostra la fattibilità del silicio standard come materiale utilizzabile per trasferire i vantaggi della fibra ottica ad ampia larghezza di banda in una gamma molto più ampia di applicazioni per il computing e le comunicazioni.
Interazione tra luce e elettronica nel silicio
Intel ha avviato la ricerca nel campo della fotonica in silicio (Silicon Photonics) a metà degli anni 90, nel tentativo di testare e misurare la commutazione dei transistor all'interno dei microprocessori con sistemi ottici. Anche se il silicio appare opaco a occhio nudo, è in realtà trasparente alla luce a infrarossi.
"Così come la vista a raggi X di Superman gli permette di vedere attraverso i muri, con la vista a infrarossi potremmo vedere attraverso il silicio", ha commentato Mario Paniccia, Director della ricerca sulla Silicon Photonics per Intel. "In questo modo è possibile convogliare la luce a infrarossi nel silicio, che corrisponde alla stessa lunghezza d'onda tipicamente utilizzata per le comunicazioni ottiche. Il modo in cui le cariche elettriche si spostano in un transistor quando viene applicata la tensione può essere utilizzato per cambiare il comportamento della luce quando attraversa queste cariche. Questo ci ha portato a esplorare la possibilità di manipolare le proprietà della luce, ad esempio la fase e l'ampiezza, per produrre dispositivi ottici basati su silicio".
Perché introdurre la fibra ottica nel chip?
Il motivo è la larghezza di banda. La velocità a 1 GHz degli attuali dispositivi sperimentali equivale a un miliardo di bit di informazioni trasferite in una singola fibra. Secondo i ricercatori Intel, questa tecnologia può essere aumentata fino a velocità di 10 GHz o superiori nel futuro. Un singolo collegamento fotonico può supportare diversi canali di dati simultanei alla stessa velocità utilizzando colori differenti di luce, allo stesso modo in cui nelle autoradio vengono trasmesse più stazioni radio o nelle TV via cavo centinaia di canali. Inoltre, i cavi in fibra ottica sono immuni all'interferenza elettromagnetica e alla diafonia, che sono i principali ostacoli alla realizzazione di interconnessioni in rame ad alta velocità.
"Abbiamo avviato un programma di ricerca a lungo termine per esplorare la possibilità di sfruttare le nostre competenze nel silicio in altre aree, con l'obiettivo di sviluppare dispositivi ottici integrati nel futuro", ha affermato Paniccia.
Il resoconto di questa ricerca è stato pubblicato sulla rivista "Nature", numero 428 del 12 febbraio, in un articolo dal titolo "A high-speed silicon optical modulator based on a metal-oxide-semiconductor capacitor" redatto da Ansheng Liu, Richard Jones, Ling Liao, Dean Samara-Rubio, Doron Rubin, Oded Cohen, Remus Nicolaescu e Mario Paniccia del Corporate Technology Group di Intel. Una copia dell'articolo e ulteriori informazioni sulla ricerca di Intel nel campo della Silicon Photonics sono reperibili all'indirizzo Web www.intel.com/technology/sp.