Журнал "Компьютерра" №715-716

Важный шаг на пути к интеграции оптических шин передачи данных в кремниевые чипы удалось сделать ученым из Уотсоновского исследовательского центра корпорации IBM. Они изготовили сверхкомпактный кремниевый электронно-оптический модулятор, тратящий всего пять пикоджоулей на один бит переданной информации.

Результаты работы, выполнявшиеся при поддержке агентства перспективных оборонных исследований DARPA, опубликованы в журнале Optics Express. Главной целью было создание устройств, способных решить проблему передачи данных между ядрами процессоров в чипах. Не секрет, что обычные медные проводники расходуют слишком много энергии и плохо справляются с передачей информации даже между несколькими ядрами, а что будет, если количество ядер начнет исчисляться сотнями или даже тысячами?

Предполагается, что переход от электрических импульсов к импульсам света способен примерно в сто раз повысить скорость передачи информации и при этом в десять раз снизить затраты энергии. Свет в чипе хорошо распространяется по кремниевым волноводам, а с преобразованием световых импульсов в электрические легко справится простой фотодиод. Но для обратного преобразования, поскольку эффективных кремниевых лазеров пока нет, требуется электронно-оптический модулятор, который подобно шторке пропускает или задерживает свет в ответ на электрические импульсы. В новом модуляторе используется хорошо отработанная схема Маха-Цандера. В ней луч света, идущий по кремниевому волноводу, сначала делят на два, а затем вновь складывают в один луч, как в одноименном интерферометре. Если прошедшие по разным путям лучи находятся в фазе, то они складываются, и свет беспрепятственно проходит через модулятор. Но если, двигаясь по одному из плеч, свет накопил достаточный фазовый сдвиг, то при сложении два луча потушат друг друга, и свет через модулятор не пройдет. Управлять фазой луча можно, обложив волновод слоями кремния с p- и n-проводимостью, как в диоде, и впрыскивая в него носители заряда.

Примерно так же были устроены и предыдущие модуляторы, но инженерам IBM удалось уменьшить сечение волновода до 550х220 нм, повысить плотность впрыскиваемых носителей заряда и сократить длину волновода до 100–200 мкм. А это на два-три порядка короче, чем в предыдущих конструкциях, и уже вполне терпимо даже по меркам чипов следующих поколений. Соответственно снизилась и потребляемая модулятором мощность. Модулятор длиной 200 мкм способен передавать данные со скоростью 10 Гбит/с на длине волны 1550 нм, потребляя при этом около полусотни милливатт. Стомикронный модулятор может обеспечить передачу пяти гигабит в секунду.

Модулятор IBM изготавливается по стандартной технологии SOI и, в принципе, хоть завтра может быть встроен в чипы. Однако время для кремниевой нанофотоники еще не пришло, и ученые продолжат совершенствование своих разработок в лабораториях. ГА

Горячее дыхание Деда Мороза

Не исключено, что Дед Мороз обитает в туманности Ориона в виде гигантских облаков раскаленной плазмы и лишь в Новый год спускается на Землю, чтобы раздать подарки послушным детям. По крайней мере, так шутят швейцарские астрофизики из Института Пола Шеррера, недавно открывшие в туманности странные облака, напоминающие формой Санта-Клауса. Впрочем, многие другие совершенно серьезные астрофизические гипотезы на поверку оказываются не более обоснованными.

Облака раскаленной до двух миллионов градусов плазмы, быстро перемещающейся в межзвездном пространстве, помогла разглядеть орбитальная рентгеновская обсерватория Европейского космического агентства XMM-Newton. От глаз обычных телескопов большая часть плазмы скрыта облаками, поглощение которых и придает ей такой странный вид.

Туманность Ориона - ближайшая к нам колыбель, в которой из плотных и очень холодных молекулярных облаков рождаются молодые звезды. В этой туманности уже развивается несколько тысяч звезд возрастом в считанные миллионы лет. Ученые считают, что горячая плазма образуется в результате столкновения звездного ветра с окружающим газом. Возникающие при этом ударные волны и разогревают газ до очень высоких температур. Астрономы даже предполагают, что тон в туманности Ориона задает всего одна гигантская молодая звезда, которая в сорок раз тяжелее Солнца, - именно ее яркий свет способствует ионизации газа.

Облака плазмы ученые обнаружили случайно, ведя наблюдения за молодыми звездами. Фон их рентгеновских изображений часто оказывался слабо засвечен. И поскольку этот слабый диффузный сигнал постоянно портил картинки, специалисты решили отыскать его источник.