211service.com
Savarankiškai maitinami silicio lazeriniai lustai
UCLA kompiuterių mokslininkas vieną energijos reikalaujantį silicio lazerio komponentą pavertė energijos generatoriumi – tai galėtų padėti inžinieriams, bandantiems į komercinius procesorius įtraukti greitesnius optinius elementus.
Bahramas Jalali, UCLA elektrotechnikos profesorius, pademonstravo būdą, kaip sumažinti silicio lazerinių lustų energijos poreikį, o tai galėtų padaryti juos komerciškai labiau įmanomus optinio skaičiavimo programoms. (UCLA Henry Samueli inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos sutikimu.)
Mes ne tik neišmetame energijos, bet iš tikrųjų ją atgauname, sako Bahramas Džalalis , UCLA Henry Samueli inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos elektrotechnikos profesorius Skamba per gerai, kad būtų tiesa, bet tai tiesa.
Kompiuterių lustų gamintojai į silicio lustą supakuoja vis daugiau tranzistorių, todėl jie pasiekia esminę ribą: kiek duomenų jie gali išstumti iš lusto arba iš vienos pagrindinės plokštės į kitą variniais laidais. Didinant galią ir duomenų kiekį, didėja elektros varža – kol laidai pasiekia greičio ribą.
Telekomunikacijų įmonės šią problemą įveikė prieš daugelį metų, kai tolimojo susisiekimo metu varinius laidus pakeitė šviesos pluoštais, sklindančiais per stiklo pluoštą. Dabar lustų gamintojai, tokie kaip „Intel“, kuria mažytes šių greitesnių sistemų versijas, kur daug trumpesniais atstumais pasinaudodami didesne šviesos bangų, kurioms nedaro įtakos elektrinė varža, keliamoji galia.
Prieš dvejus metus Jalali pasiekė proveržį, kai iš silicio pagamino lazerį. Dauguma lazerių yra pagaminti iš kitų medžiagų; dėl savo fizikos silicis nelengvai skleidžia šviesą. Tačiau generuoti optinius signalus būtų pigiau ir lengviau, jei lazerius būtų galima pagaminti iš silicio, kurio savybes jau gerai supranta puslaidininkių pramonė. Tada praėjusiais metais „Intel“ tęsė Jalali darbą su geresne silicio lazerio versija, taip pat moduliatoriumi, koduojančiu signalus į šviesos spindulį – ir atsirado silicio fotonikos sritis (žr. „Intel's Breakthrough“, 2005 m. liepos mėn.).
Bet iškilo problema. Kad gautų lazerinį efektą, tiek Jalali, tiek Intel naudojo išorinį lazerį ir paleido jį į silicį, kur šviesos pluošto energija sąveikavo su medžiaga, kad sukurtų naują šviesą. Pataikius į silicį didelio intensyvumo lazerio šviesa, silicis generuoja nepageidaujamus elektronus, kurie savo ruožtu gali sugerti gaminamus fotonus ir pabloginti lazerio efektą. Medžiaga tampa kaip kempinė, sugerianti šviesą, sako Jalali.
„Intel“ išsprendė problemą prijungdama elektros diodą ir paleisdama srovę per lustą, kad iš esmės išsiurbtų elektronus. Tačiau tam prireikė maždaug vieno vato elektros galios – tiek, kad mikroschemoje veiktų milijonas tranzistorių. Srovė, einanti per lustą, taip pat gamino šilumą, dėl kurios lustas gali nustoti veikti.
Jalali susimąstė, kas nutiktų, jei jis pakeistų diodo galios įtampos poslinkį, kuris pakeistų elektrinį lauką silicyje. Rezultatas: atvirkštinis poslinkis vis tiek pašalino paklydusius elektronus, tačiau tai padarė nesunaudodamas to vato galios.
Lygiai taip pat, kaip saulės elementas generuoja elektrą, kai saulės šviesoje atsitrenkia į fotonus, papildomi elektronai silicio lazeriuose išsiskiria, kai silicyje susijungia du lazerio fotonai. Jalali įrenginys surenka laisvuosius elektronus ir naudoja juos tranzistoriams paleisti lustoje. Maždaug du trečdaliai optinės galios, kuri buvo prarasta generuojant elektronus, gali būti atgauta ir panaudota, sako Jalali. Užuot sunaudoję vieną vatą galios elektronų valymui ir generuodami papildomą šilumą, jo metodas gamina kelis milivatus galios.
Jalali, kurio darbas finansuojamas pagal Gynybos pažangių tyrimų projektų agentūros programą, skirtą silicio fotonikai tobulinti, praėjusią savaitę Kanadoje vykusioje konferencijoje paskelbė apie savo rezultatus. Jis sako, kad praktiška elektronų surinkimo įranga turėtų būti sumažinta iki dešimtosios dabartinio dydžio, o tai, jo manymu, gali užtrukti apie trejus metus.
Mario Paniccia, „Intel“ direktorius Fotonikos technologijų laboratorija , sako Jalali darbai rodo, kad silicio fotonika pradeda tapti praktiška. Tai tinkama linkme... Kaip tiksliai panaudotumėte [generuojantį efektą] ir jį pritaikytumėte, dar reikia optimizuoti, sako jis. Tai nėra kažkas, ko jūs manote, kad tai nutiks, bet kai tai pamatysite, tai prasminga.
„Intel“ kuria programą, skirtą sukurti kelis pagrindinius silicio fotonikos sistemos komponentus, įskaitant ne tik šviesos šaltinius, bet ir moduliatorius signalui pridėti, optinius stiprintuvus, kad būtų galima jį sustiprinti, fotodetektorius ir mažo nuostolio bangolaidžius. Paniccia tikisi, kad laboratoriniai darbai iki 2010 m. gali virsti realaus pasaulio produktais, pradedant ryšiu tarp kompiuterių stelažų, tada per kompiuterio galinę plokštę (plokštę, kuri leidžia prijungti kitas plokštes, pvz., garso plokštes) ir galiausiai. iš vieno lusto į kitą.
Tačiau Jalali požiūris nėra nuo visų vaistų. Esant labai dideliam optiniam intensyvumui, pasklidusių elektronų skaičius tampa toks didelis, kad atvirkštinio poslinkio nepakanka, kad būtų galima juos visus pašalinti nenaudojant daugiau energijos. O kai kurioms programoms lustų dizaineriai norėtų, kad lazeris būtų ant lusto ir veiktų elektra, o ne būtų pumpuojamas šviesa iš kito lazerio, kaip reikalauja dabartinės silicio lazerio lustai. Tačiau daugeliu atvejų, pasak Jalali, išorinis lazerio šaltinis yra pranašumas, nes sumažina lusto energijos suvartojimą.
Paniccia silicio fotonikos vystymąsi lygina su tranzistoriaus sukūrimu. Vakuuminiai kompiuteriai užpildydavo ištisas patalpas, kol tranzistoriai jas susitraukdavo, o integrinis grandynas galiausiai atvedė prie itin galingų kompiuterių, kuriuos buvo galima nešiotis ant pečių krepšių. Taip pat jis įsivaizduoja, kad silicio fotonika vieną dieną sumažins maršrutizatorius ir kitą įrangą, užpildančią perjungimo kambarį iki lusto dydžio. Paniccia sako: tai leis optikai ir optikos pranašumams patekti į vietas, kur anksčiau negalėjo.