IBM, chip fotonici per scambiare dati alla Velocita’ della Luce

Gli ingegneri di IBM Research hanno sviluppato una nuova tecnologia di ‘chip fotonicI‘ progettati per  utilizzare i fotoni anziché gli elettroni per lo scambio più veloce di dati tra componenti elettronici. 

I chip fotonici sono il futuro, perchè si tratta di una tecnologia che permetterà di arrivare ad avere una capacità di trasferimento dati pari a quella delle fibre ottiche. L’invio di dati attraverso fasci di luce su collegamenti ottici invece di fili di rame offre grandi vantaggi in termini di velocità e distanza di trasmissione, ma poichè si tratta di una tecnologia costosa, il suo utilizzo è per lo più limitato al collegamento di lunghe distanze, come il collegamento di computer in diversi edifici, città e continenti.

I ricercatori di IBM di New York e Zurigo e della Divisione IBM Systems hanno realizzato un chip per un computer in grado di trasmettere e ricevere contemporaneamente quattro diversi colori di luce infrarossa su una singola linea di fibra ottica – una tecnologia chiamata multiplexing. Ogni collegamento può trasmettere 25 gigabit di dati al secondo, per un totale di 100 Gbps. Questo è sufficiente per trasferire un film di un disco Blu-ray da 25 gigabyte ogni 2 secondi.

Questa velocità basata sul multiplexing, unita con un chip che è all-in-one, è un importante passo avanti nel settore, IBM ha detto, che permetterà di integrare vari componenti ottici assieme con dei circuiti elettrici su di un unico chip di silicio, usando una tecnologia di produzione inferiore ai 100 nanometri.

E’ solo un chip dimostrativo da un laboratorio di ricerca, al momento, ma i chip fotonici potrebbero tornare utili a grandi aziende come IBM, Intel e Luxtera e svolgere un ruolo cruciale nel promuovere servizi come la ricerca di Google, Microsoft Office Online e di social networking di Facebook i cui dati si trovano in centri con migliaia di server che scambiano dati in continuazione. Questi server oggi sono spesso colelgati da linee in rame, ma i collegamenti in fibra ottica potrebbero aiutare a migliorare l’efficienza di tali server. Ciò si tradurrebbe in più sofisticati servizi on-line.

"La tecnologia non è stata facile da sviluppare", ha detto l’analista di Linley Group David Kanter.

I chip fotonici si integrano con una serie di tecnologie come la Spintronica, materiali di carbonio e l’informatica quantistica che sono in fase di sviluppo per garantire che il settore informatico possa essere in grado di mantenere il suo ritmo costante dei progressi anche dopo la fine dei chip convenzionali, stando alla Legge di Moore che prende il nome dal co-fondatore della Intel, Gordon Moore.

Il processo per l’incisione del silicio è passato dai 10 micron (milionesimi di metro) del 1971, ai 130 nanometri (miliardesimi di metro) del 2001. Nel 2014 si è arrivati a 22 nanometri, quest’anno a 14. Si prevede di raggiungere i 10 nanometri nel 2016, fino a 5 nel 2020. Poi, il silicio ‘morirà’, secondo Gordon Moore, cofondatore della Intel, che ha messo a punto la ‘Legge di Moore’ nel nel 1965. Secondo questa, andare oltre la miniaturizzazione del silicio porterà ad avere un materiale non più utilizzabile.

IBM Research lavora in genere un passo avanti rispetto a ciò che è commercialmente fattibile, ma i ricercatori di Big Blue si aspettano che il lavoro fatto ad oggi si tradurrà in soli benefici per l’azienda in futuro.

"Rendere la tecnologia fotonica pronta per l’ampio utilizzo commerciale aiuterà l’industria dei semiconduttori a tenere il passo con le richieste sempre crescenti di potenza di calcolo da servizi che richiedono grandi spostamenti di dati come i cloud", ha dichiarato Arvind Krishna, vice presidente senior e direttore di IBM Research. I cosiddetti servizi di ‘big-data’ si basano su una analisi intensa di dati che viene utilizzata in molti ambiti sulla base di diversi modelli.

La tecnica dei quattro ‘colori’ ciascuno operante come canale ottico a 25 Gb/s indipendente potrebbe tagliare i costi della realizzazione di data center in fibra ottica della metà o anche meno, ha detto Will Verde, direttore di Silicon Photonics Group di IBM Research.

"Il Multiplexing a quattro lunghezze d’onda in una fibra ottica significa che si può portare quattro volte in più di dati per fibra, e quindi si avrà bisogno di quattro volte meno fibra nel sistema di interconnessione", ha detto Green. "Questo fatto si traduce in un ulteriore risparmio di costi a livello di sistema per l’applicazione nei data center dell’ordine di due volte sul costo della fibra installata." 

A lungo termine, i collegamenti in fibra ottica potrebbero anche legare insieme i componenti all’interno di un computer, stando a quanto scrive Stephen Shankland di Cnet.

I nuovi chip saranno in grado di migliorare i trasmettitori e ricevitori – Ricetrasmettitori. Tali componenti alla fine saranno impilati uno sopra l’altro, legati con una tecnologia chiamata un through-silicon-via (TSV), ha detto An Steegen, vice presidente senior della tecnologia di processo a Imec, un grande gruppo di ricerca di chip con sede in Belgio. Ci vorranno anni per portare a compimento questa idea, ha predetto.

Intel ha avuto per diverso tempo l’interesse di rendere più efficiente e veloce lo scambio di dati in informatica. Thunderbolt è la tecnologia sviluppata da Intel (precedentemente nota con il nome in codice Light Peak), in collaborazione con Apple, allo scopo di collegare una vasta gamma di dispositivi multimediali quali fotocamere digitali, schermi, riproduttori audio/video e unità di memorizzazione. Thunderbolt utilizza rame o collegamenti in fibra ottica che oggi raggiungono fino a 40 Gbps di velocità. Thunderbolt è abbastanza veloce, ma il rame ha notevoli limiti legati alla lunghezza del collegamento. I cavi di rame Thunderbolt possono raggiungere i 3 metri, ma le alternative in fibra ottica sono disponibili in lunghezze fino a 60 metri.

Una fotografia al chip di IBM