Intel accende il chip fotonico

Santa Clara (USA) – I cosiddetti chip “fotonici”, capaci di trasmettere informazioni digitali per mezzo di fasci di luce, potrebbero diventare di uso comune già a partire dal prossimo decennio. A pronosticarlo è Intel , che insieme ai ricercatori della University of California di Santa Barbara ( UCSB ) ha realizzato quello che definisce il primo laser ibrido al silicio alimentato ad elettricità .

Intel afferma che questo nuovo traguardo abbatte un’altra importante barriera alla produzione di dispositivi fotonici in silicio a basso costo e ad ampia larghezza di banda, utilizzabili nei futuri computer e data center .

Il primo vantaggio dei laser al silicio è quello di poter essere fabbricati utilizzando gli stessi processi di produzione degli odierni chip, e dunque con costi paragonabili a questi ultimi.

La tecnologia messa a punto da Intel e da UCSB potrà essere utilizzata, forse già entro la fine del decennio, per costruire chip composti da una fitta rete di raggi laser capaci di trasportare i dati in modo più efficiente e a distanze molto maggiori di quelle permesse dai tradizionali collegamenti elettrici in metallo. Per pochi dollari a pezzo, questi chip potrebbero trasmettere i bit a velocità oltre 100 volte superiori a quelle degli odierni apparati ottici di comunicazione.

La più grande potenzialità dei chip fotonici è la realizzazione di sistemi che non sono situati in un unico luogo fisico , e le cui parti comunicano ad altissima velocità attraverso la luce. Questa tecnologia renderà anche possibile lo sviluppo di una nuova classe di applicazioni di computing per la trasmissione di video ad alta definizione nelle case.

Per costruire il proprio laser a silicio, i ricercatori di Intel e UCSB hanno combinato in un singolo chip ibrido le proprietà di emissione della luce del fosfuro di indio con le capacità di indirizzamento della luce del silicio. Quando viene applicata la tensione, la luce generata nel fosfuro entra nella guida d’onda del silicio creando un fascio laser continuo che può essere utilizzato per attivare altri dispositivi fotonici in silicio.

“In questo modo sarà possibile introdurre nei futuri computer canali ottici di trasferimento dati dell’ordine dei terabit e a basso costo, aprendo le porte a una nuova era di applicazioni del computing a elevate prestazioni”, ha commentato Mario Paniccia, director del Photonics Technology Lab di Intel. “Anche se siamo ancora lontani dalla trasformazione in un prodotto commerciale, riteniamo che decine, forse anche centinaia di laser ibridi al silicio potrebbero essere integrati con altri componenti fotonici di silicio in un unico chip di silicio”. Anche se ampiamente impiegato per la produzione di massa di dispositivi elettronici digitali a basso costo, il silicio può essere utilizzato anche per indirizzare, rilevare, modulare e persino amplificare la luce, ma non per generarla . Viceversa, i laser basati su fosfuro di indio vengono comunemente impiegati nelle apparecchiature per le telecomunicazioni. Ma, a causa dell’esigenza di assemblarli e allinearli singolarmente, sono troppo costosi da realizzare nelle grandi quantità e ai costi contenuti richiesti nel settore dei PC.

Il laser ibrido al silicio implica l’uso di materiale in fosfuro di indio per la generazione e l’amplificazione della luce, e della guida d’onda del silicio per contenere e controllare il laser. L’aspetto chiave per la produzione del dispositivo è l’impiego di plasma di ossigeno (un gas di ossigeno sottoposto a scarica elettrica) a bassa temperatura per creare un sottile strato di ossido (dello spessore di circa 25 atomi) sulle superfici di entrambi i materiali.

Sottoposto a temperatura elevata e a pressione, lo strato di ossido agisce da collante fondendo i due materiali in un singolo chip. Quando viene applicata la tensione, la luce generata nel materiale in fosfuro di indio attraversa lo strato di ossido collante e entra nella guida d’onda del chip di silicio, dove viene contenuta e controllata, creando un laser ibrido al silicio. La progettazione della guida d’onda è fondamentale per determinare le prestazioni e la lunghezza d’onda specifica del laser ibrido al silicio.

Nel 2004 i ricercatori Intel sono stati i primi a presentare un modulatore ottico basato su silicio con una larghezza di banda superiore a 1 GHz, una velocità circa 50 volte più elevata rispetto alle soluzioni analoghe presentate in precedenza. Nel 2005, sempre Intel ha dimostrato che il silicio può essere utilizzato per amplificare la luce, e ha utilizzato una fonte luminosa esterna per produrre un laser su chip a onda continua basato sull'”effetto Raman”.

Sui progetti di ricerca di Intel relativi alla cosiddetta “silicon photonics” si veda questo sito . Ai chip fotonici stanno lavorando anche altri ricercatori nel Mondo, tra cui due team italiani .