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IBM: LA TECNOLOGIA NANOPHOTONICS PER IL TRASFERIMENTO DI DATI TRA I CHIP


Milano - 02 dic 2010: I ricercatori IBM hanno annunciato oggi una nuova tecnologia per i chip che integra moduli ottici ed elettrici sullo stesso pezzo di silicio, consentendo ai chip dei computer di comunicare tramite impulsi di luce (anziché tramite segnali elettrici), tecnica che consente di realizzare chip più piccoli, più veloci e con maggiore risparmio energetico rispetto a quanto possibile con le tecnologie convenzionali.

La nuova tecnologia, battezzata CMOS Integrated Silicon Nanophotonics, è il frutto di un decennio di sviluppo presso i centri IBM, una volta brevettata, modificherà e migliorerà il modo di comunicare dei chip, integrando funzioni e moduli ottici direttamente su un chip in silicio e permettendo di ottenere una densità di integrazione 10 volte migliorata rispetto a quanto fattibile con le attuali tecniche di produzione.

IBM prevede che la Silicon Nanophotonics aumenterà sensibilmente la velocità e le prestazioni dei chip e favorirà l'ambizioso programma Exascale di IBM che si propone di sviluppare un supercomputer in grado di elaborare un milione di miliardi di operazioni in virgola mobile — o un Exaflop — al secondo. Un supercomputer Exascale sarà all'incirca mille volte più veloce del computer più veloce di cui disponiamo oggi.

“Lo sviluppo della tecnologia Silicon Nanophotonics avvicina moltissimo alla realtà la possibilità di realizzare interconnessioni ottiche on-chip” afferma il dott. T.C. Chen, vice Presidente Science and Technology di IBM Research. “Questo consentirà di costruire sistemi informatici energeticamente efficienti con una prestazione a livello di Exaflop.”

Oltre a combinare moduli ottici ed elettrici su un singolo chip, la nuova tecnologia IBM può essere prodotta sul front-end di una linea di produzione CMOS standard, senza richiedere attrezzatura nuova o speciale. Con questa nuova tecnologia, i transistor possono condividere lo stesso strato di silicio con dispositivi nanofotonici. Per rendere possibile questo approccio, i ricercatori IBM hanno sviluppato una serie di dispositivi nanofotonici al silicio, attivi e passivi ultracompatti ed integrati, scalandoli fino al limite della diffrazione, la dimensione minima che l'ottica dielettrica può permettersi.

Aggiungendo solo pochi moduli di elaborazione a una catena di produzione CMOS standard, questa tecnologia consente di ottenere una varietà di componenti nanofotonici al silicio, come modulatori, fotorilevatori al germanio e multiplexer ultracompatti a divisione di lunghezza d'onda, da integrare con i circuiti CMOS digitali e analogici ad alte prestazioni. Il risultato è che adesso è possibile produrre ricetrasmettitori a comunicazione ottica single-chip in una fonderia CMOS standard, anziché assemblarli con più pezzi realizzati tramite una dispendiosa tecnologia di semiconduttori compound.

La densità di integrazione ottica ed elettrica dimostrata dalla nuova tecnologia IBM non ha precedenti: un singolo canale di ricetrasmissione, completo di tutti i circuiti ottici ed elettrici necessari, occupa solamente 0,5mm2 – 10 volte meno di quelli precedentemente annunciati da altre società. La tecnologia è disponibile per la produzione di ricetrasmettitori single-chip con una superficie di 4x4mm2 che possono ricevere e trasmettere più di un Terabit al secondo, ovvero più di un trilione di bit al secondo.


Le tappe

Lo sviluppo della tecnologia CMOS Integrated Silicon Nanophotonics rappresenta l'apice di una serie di progressi che hanno portato allo sviluppo di componenti nanofotonici integrati di front-end, profondamente miniaturizzati, per comunicazioni ottiche. Le tappe sono state le seguenti.

Dicembre 2006: gli scienziati IBM presentano una linea di ritardo nanofotonica in silicio che può essere utilizzato per memorizzare oltre un byte di informazioni codificate con impulsi ottici - un requisito per la costruzione di buffer per comunicazioni ottiche on-chip.

Dicembre 2007: gli scienziati IBM annunciano lo sviluppo di un modulatore elettro-ottico al silicio ultracompatto che converte i segnali elettrici in impulsi luminosi, un requisito essenziale per abilitare le comunicazioni ottiche on-chip.

Marzo 2008: gli scienziati IBM annunciano lo switch nanofotonico più piccolo al mondo per “dirigere il traffico” in comunicazioni ottiche on-chip, assicurando che i messaggi ottici possano essere instradati in maniera efficace.

Marzo 2010: IBM annuncia un "avalanche photodetector" al germanio che funziona alla velocità senza precedenti di 40Gb/s con una fonte energetica compatibile CMOS di soli 1,5V. Questa era l'ultima tessera del puzzle per completare il precedente sviluppo del “nanophotonics toolbox” di dispositivi necessari a realizzare le interconnessioni on-chip.

I dettagli e i risultati di questo sforzo di ricerca saranno riportati in una presentazione curata dal dott. Yurii Vlasov in occasione della più importante conferenza internazionale sui semiconduttori, SEMICON, che si tiene a Tokyo il 1° dicembre 2010. L'intervento si intitola “CMOS Integrated Silicon Nanophotonics: Enabling Technology for Exascale Computational Systems” (Nanofotonica al silicio integrata CMOS: tecnologia di abilitazione per sistemi informatici Exascale) ed ha come co-autori William Green, Solomon Assefa, Alexander Rylyakov, Clint Schow, Folkert Horst, e Yurii Vlasov del T.J. Watson Research Center di IBM a Yorktown Heights, N.Y. e dell'IBM Zurich Research Lab a Rueschlikon, Svizzera.

Ulteriori informazioni sul progetto possono essere reperite sul sito http://www.research.ibm.com/photonics.

Contatti

Alessandra Apicella
Media Relations
02.5962.5460
ale_apicella@it.ibm.com

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