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La photonique sur silicium arrive sur le marché
La photonique sur silicium - utilisant des puces de silicium pour envoyer et recevoir des signaux lumineux porteurs de données - promet de révolutionner les télécommunications, mais jusqu'à présent, elle a été largement confinée au laboratoire. À présent Luxtera , une startup basée à Carlsbad, en Californie, issue du California Institute of Technology, a annoncé le premier câble optique basé sur la même technologie de silicium utilisée pour fabriquer des microprocesseurs. La société affirme que le câble, appelé Blazar, peut envoyer 40 gigabits de données par seconde via sa fibre optique, mais coûtera aussi peu que les câbles optiques actuels de 20 gigabits par seconde. Construit à l'aide d'un traitement standard à semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire ou CMOS, le câble trouvera probablement ses premières applications dans les centres de données et les grappes d'ordinateurs.
Photonique sur silicium : (1) Les fines lignes à la surface de cette puce sont des guides d'ondes, des canaux sculptés dans le silicium qui dirigent la lumière. (2) Cinq lasers à base de phosphure d'indium montés sur une puce. (3) Les chercheurs de Luxtera ont modifié un équipement standard de test de semi-conducteurs afin qu'il puisse tester les fonctions optiques et électriques. (4) Cet appareil couple la fibre à la puce à base de silicium de Luxtera.
Il s'agit du premier produit photonique CMOS au monde, déclare Cary Gunn, CTO de Luxtera. C'est l'aboutissement de huit années de développement : six chez Luxtera et, avant cela, deux ans chez Caltech.
Aujourd'hui, la plupart des dispositifs photoniques, tels que les lasers, les modulateurs - les gadgets qui codent les données sur des faisceaux de lumière - et les détecteurs sont constitués de matériaux coûteux sans silicium tels que le phosphure d'indium et le niobate de lithium. Il est communément admis que le silicium, bien qu'idéal pour les applications électroniques telles que les microprocesseurs et la mémoire, n'est pas bien adapté pour générer, modifier ou détecter la lumière. Mais la photonique sur silicium est un domaine qui évolue rapidement, grâce à la recherche d'entreprises et d'universités telles qu'Intel, IBM, l'Université de Californie, Santa Barbara et Caltech. (Voir Intel accélère la photonique sur silicium .)
Les clients que Luxtera cible initialement sont des centres informatiques et des centres de données hautes performances avec des racks de serveurs connectés à des systèmes qui s'étendent dans des salles et des entrepôts géants. Ces centres constituent l'épine dorsale de l'infrastructure d'information moderne et sont utilisés par les fournisseurs de services Internet, le gouvernement, le secteur financier, les chercheurs et les entreprises de services publics. Et dans la grande majorité d'entre eux, les équipements sont connectés avec un câblage en cuivre, qui a une bande passante limitée qui diminue avec la distance. Par exemple, un câblage en cuivre épais ne peut fournir qu'environ 10 gigabits de données par seconde sur un mètre et demi.
Parce que le cuivre, bien que relativement peu coûteux, est lent et restreint l'agencement physique des systèmes informatiques complexes, les ingénieurs se sont plutôt tournés vers les câbles à fibre optique, qui offrent une bande passante beaucoup plus élevée et peuvent s'étendre sur des distances de plus de 300 pieds sans perdre la capacité de transport de données. . Les câbles optiques sont également plus fins et beaucoup plus flexibles que le cuivre, ils aident donc à garder les centres de données au frais : les câbles en cuivre épais ont tendance à emprisonner la chaleur et à bloquer l'air de refroidissement des ventilateurs. Cependant, étant donné que les émetteurs-récepteurs d'un câble optique standard - les puces à ses extrémités qui envoient et reçoivent des données - sont constitués de semi-conducteurs coûteux, le câble lui-même peut devenir coûteux.
Luxtera espère rendre les câbles optiques plus abordables en utilisant du silicium dans certaines parties de l'émetteur-récepteur. Gunn explique que chaque émetteur (une moitié de l'émetteur-récepteur) du nouveau câble contient un laser au phosphure d'indium relativement bon marché et prêt à l'emploi. La lumière de ce laser est divisée en quatre faisceaux, et chaque faisceau traverse un modulateur en silicium. Un signal électrique, dit Gunn, est envoyé à chaque modulateur pour imprimer le signal directement sur l'onde lumineuse à raison de 10 gigabits de données par seconde. Ensuite, un autre dispositif photonique au silicium, appelé lentille holographique, lance la lumière dans une fibre à faible coût. La lentille holographique est gravée lithographiquement dans la surface de la puce et remplace le réseau de lentilles trouvé dans un câble optique standard. Après avoir été transmise dans la fibre, la lumière codée par les données passe à travers une autre lentille holographique et est dirigée vers un réseau de photodétecteurs à base de phosphure d'indium, qui la reconvertissent en un signal électrique. L'électronique intégrée dans la même puce CMOS qui abrite les dispositifs photoniques amplifie et nettoie le signal et l'envoie à un récepteur électrique. Chaque extrémité d'un câble Luxtera Blazar a une puce qui contient à la fois un émetteur et un récepteur, explique Gunn.
Le nouveau produit représente la prochaine étape logique dans l'utilisation de la photonique au silicium pour un assemblage à faible coût, déclare Alan Willner , professeur de systèmes de génie électrique à l'Université de Californie du Sud. La capacité de regrouper divers composants optiques constitue un argument encore plus convaincant pour lequel les câbles optiques à 40 gigabits par seconde peuvent battre le cuivre, dit-il.
Et le marché pour de tels appareils est définitivement bon, déclare Fred Zieber, président de Pathfinder Research, une société d'analyse technologique. C'est un excellent produit pour des choses comme les fermes de serveurs et les complexes informatiques, dit-il. Et ce marché se développe assez rapidement.
Luxtera devra peut-être surmonter l'obstacle d'être une startup et donc peu connue et de confiance dans l'industrie, dit Zieber. Mais il ajoute que la fiabilité de son produit pourrait donner un avantage à l'entreprise. Ils n'utilisent pas de matériel obscur et ne mettent pas beaucoup de puces ensemble pour ce faire. Tout cela devrait vous donner un package plus robuste.
Gunn est convaincu que le câble trouvera des clients, et comme les puces d'émetteur-récepteur sont fabriquées en plus grand nombre, leur coût pourrait chuter au point que les câbles optiques à base de silicium peuvent même concurrencer le cuivre, ce que les câbles optiques sans silicium ne feront jamais. À mesure que les coûts baissent, note Gunn, la photonique sur silicium pourrait aller au-delà de la simple fourniture de connexions entre les systèmes. À plus long terme, la photonique sur silicium résoudra les goulots d'étranglement dans systèmes, dit-il. Les ordinateurs personnels dont les circuits utilisaient la photonique au silicium au lieu du câblage en cuivre, ajoute-t-il, seraient plus rapides et réduiraient la consommation d'énergie au minimum.