211service.com
Greičiausias pasaulyje optinis lustas
Savo laboratorijoje Sunnyvale mieste, Kalifornijoje, telekomunikacijų startuolio „Infinera“ įkūrėjas Davidas Welchas laiko standžią dviejų centimetrų pločio juostelę su keturiais raštuotais aukso spalvos stačiakampiais. Jis pagamintas iš indžio fosfido, puslaidininkio, vertinamo dėl savo optinių savybių. Paprasta lusto išvaizda paneigia jo sudėtingą inžineriją ir mažai užsimena, kad tai gali būti raktas į pigų pralaidumą, kurio reikalauja nuo „YouTube“ priklausomas pasaulis.
Čia parodyta keturiolika 100 gigabitų fotoninių integrinių grandynų, įdėtų į plastikinį laikiklį, kad būtų galima išbandyti veikimą.
Įtaisas vadinamas fotoniniu integriniu grandynu ir yra svarbus praktinis pažanga optinio duomenų perdavimo srityje. Nuo 1990-ųjų pradžios toks perdavimas vis labiau rėmėsi technologija, vadinama bangos ilgio padalijimo tankinimu (WDM). Naudojant WDM, duomenys užkoduojami net 80 lazerio spindulių, kurių kiekvienas turi skirtingą bangos ilgį. Tada tie spinduliai sujungiami, kad būtų galima nuvažiuoti optiniu pluoštu, plonesniu nei žmogaus plaukai. Kitame pluošto gale esančiame mazge pluoštai suskaidomi į juos sudarančius bangos ilgius, o informacija paverčiama elektriniais signalais, kurie pasiekia mūsų kompiuterius.
Ši istorija buvo mūsų 2007 m. sausio mėn. numerio dalis
- Žr. likusią numerio dalį
- Prenumeruoti
Visam tam reikalinga optinė įranga – šviesą siunčiantys lazeriai, ją skaidantys arba rekombinuojantys multiplekseriai, duomenis koduojantys moduliatoriai ir juos priimantys detektoriai. Tradiciškai šie prietaisai buvo patalpinti savo mažose pakuotėse, kurių kiekviena buvo maždaug gumos pakelio dydžio, o jų deriniai buvo dideli, brangūs ir kartais nepatikimi. „Infinera“, kurią 2001 m. įkūrė veteranų vadovai ir technologai iš optinių telekomunikacijų lyderių, tokių kaip „Ciena“ ir „JDS Uniphase“, siekė sudėti daugybę tokių komponentų į lustą, kaip elektros inžinieriai sujungia tranzistorius į elektroninę integrinę grandinę. Niekas nebandė padaryti, tai iš esmės buvo įdėti visą WDM sistemą į porą lustų [vieną siųsti, kitą gauti], ir niekas nebandė jos komerciškai gaminti, sako Welchas. Infinera ne tik bandė padaryti abu, bet ir pavyko.
2004 m. įmonė pristatė pirmąjį didelio masto fotoninį integrinį grandyną – lustą su 50 nanoskalės optinių komponentų, išmargintų ant paviršiaus. Anksčiau kiti optinių lustų gamintojai į vieną lustą sugebėjo integruoti tik kelis tokius įrenginius. Pirmasis „Infinera“ įrenginys galėjo siųsti arba priimti 100 gigabitų informacijos per sekundę. Dabar bendrovė pademonstravo 400 gigabitų lustą ir sėkmingai kuria greičiausią optinį lustą pasaulyje – 1,6 terabito versiją, kurią tikisi parduoti per kelerius metus. Keturiuose auksiniuose lustuose Welcho rankoje yra stulbinančiai iš viso 240 raštuotų optinių komponentų.
Multimedija
Demonstracinė versija, kaip Infinera kuria itin sparčius optinius tinklus
Žinoma, nepaisant teorinių visiškai optinio interneto pranašumų, joks tinklas nėra pagrįstas vien optika. Tinklo mazgų įranga konvertuoja optinius signalus į elektrinius, kad galėtų juos išvalyti ir sustiprinti arba perduoti į kompiuterį. „Infinera“ technologija taip pat daro tai, kai kuriuos darbus perduodant mikroprocesoriams ant plokštės, kurie vėliau juos grąžins.
Tačiau fotoninė integrinė grandinė sumažino konversijos proceso sąnaudas ir sudėtingumą. Šis pranašumas savo ruožtu leido „Infinera“ reklamuoti naują tinklo architektūrą – iš esmės tokią, kurioje būtų daugiau tinklo mazgų. Kitos įmonės bandė sumažinti išlaidas sumažindamos mazgų skaičių, naudodamos tradiciškai didelių gabaritų optinius įrenginius.
Turint daugiau mazgų, galima lanksčiau pridėti prieigos taškus ir lengviau atlikti priežiūrą bei aptikti gedimus. Taip lengviau derinti optikos ir elektronikos pranašumus. O Infinera paketas – lustai ir plokštės – užima penktadalį įprastų technologijų vietos.
Praėjusių metų pabaigoje Internet2 konsorciumas – daugiau nei 300 JAV vyriausybių, universitetų ir įmonių tyrimų centrų, kuriems reikalingas didelis pralaidumas, kad būtų galima dalytis viskuo – nuo dalelių fizikos duomenų iki medicininių vaizdų, – pradėjo diegti naują optinį tinklą, kuriame naudojamos Infinera sistemos. „Infinera“ technologija yra unikali, sako Steve'as Cotteris, „Internet2“ tinklo paslaugų direktorius. Užuot bandę išvengti optinių-elektrinių perėjimų, jie padarė juos ekonomiškai naudingus.
Fotoninė gamyba
„Infinera“ lustų gamyba nėra paprasta. Optiniai įtaisai yra trimatės struktūros, kurias gaminti daug sudėtingiau nei dvimačius silicio tranzistorius. Norint pagaminti lazerius, detektorius, moduliatorius ir kitus gatavo lusto komponentus, reikia pakartotinai nusodinti ir išgraviruoti daug plonų skirtingų medžiagų sluoksnių, tokių kaip indžio galio arsenidas ir indžio fosfidas.
„Infinera“ procesas prasideda nuo indžio fosfido plokštelės. Vaflė juda surinkimo linija, kur ji yra padengta sirupo pavidalo chemine medžiaga, vadinama fotorezistu. Ultravioletinė šviesa prasiskverbia per trafareto pavidalo kaukę ir apšvitina fotorezistą, efektyviai sukurdama sudėtingus raštus, leidžiančius kai kurioms puslaidininkinėms medžiagoms likti ant plokštelės, o kai kurioms išgraviruoti.
Aukštu lygiu tai tas pats, kas fotolitografija, kurią tokios įmonės kaip „Intel“ naudoja gamindamos jūsų kompiuteriui skirtus silicio mikroprocesorius. Bet yra svarbus skirtumas. „Intel“ luste visa tai yra silicis. Optikoje jūs naudojate įvairius puslaidininkius su įvairiomis funkcijomis, sako Welchas. Indžio fosfido plokštelės nusodinamos ir ėsdinamos daug dažniau nei silicio plokštelės. „Infinera“ mažai kalba apie savo gamybos proceso detales, kuriai padėjo inžinieriai, patyrę tokiose užduotyse kaip silicio mikroschemų ir masinės šviesos diodų gamybos. Welchas teigia, kad bendrovė turi išskirtinius patentus, susijusius su pagrindiniais technologijos aspektais, skirtais daugybei įrenginių dėti ant indžio fosfido plokštelių.
1,6 terabito lustas nuo 100 gigabitų versijos labai skiriasi joje esančių įrenginių skaičiumi. Kiekvienoje 100 gigabitų lustoje, be kitų komponentų, yra 10 lazerių, 10 detektorių, 10 moduliatorių (kurie koduoja duomenis įjungiant ir išjungiant šviesą) ir 10 bangolaidžių, nukreipiančių fotonus į multiplekserį. 1,6 terabito lustą sudaro 240 komponentų, įskaitant 40 lazerių, 40 detektorių, 40 moduliatorių ir 40 kanalų. Ir kiekvienas moduliatorius koduoja duomenis keturis kartus greičiau.
Po to, kai vafliai nuimami nuo linijos, jie supjaustomi į drožles - kelis šimtus. Galiausiai, lustai tikrinami dėl galimų gedimų, kartu su elektroniniais lustais, kuriuos „Infinera“ sukūrė įrenginyje, vadinamame linijos kortele, ir įdiegiami į optinio tinklo įrenginius siuntimui.
Interneto vaizdo ir balso paslaugų paklausa sparčiai auga, o tai gresia įprasto plačiajuosčio ryšio, perduodančio nuo vieno iki šešių megabitų per sekundę, pertekliaus. Mes visi galvojame, kad žmonėms reikės 25, 50 arba 100 megabitų, sako Welchas. Kad patenkintų šį poreikį, interneto įmonės turės supakuoti daugiau įrangos į ir taip perpildytas perjungimo stotis. Kai interneto srautas auga nuo 60 iki 100 procentų per metus, jūs negalite nuolat montuoti šaldytuvo dydžio lentynų rūsyje, sako Welchas. Fotoninė integracija tampa technologija, kuri leidžia internetui plėstis.