دستیابی سریعتر به لوازم الکترونیکی

پیشرفت چشمگیر در مبحث فوتونیک، امکان دست‌یابی به لوازم الکترونیکی سریعتر و سریعتر را فراهم نموده است
رشد و پیشرفت در زمینه ی فوتونیک های سیلیکونی توسط محققان دانشگاه کلورادو، مؤسسه ی تکنولوژی و شرکت میکرون تکنولوژی منچستر موجبات پیشرفت ورای پیشرفت های گذشته را در فرآیندهای میکرو که حدود نیم قرن پیش آغاز گردید –که با عنوان قانون مور شناخته می شود- فراهم آورده است تا به همین شکل در آینده هم ادامه یافته و تولید لوازم الکترونیکی را از ابرکامپیوترها تا لپ تاپ ها تا تلفن های هوشمند با سرعت بسیار بالاتر ممکن سازد.
تیم تحقیقاتی، به رهبری Milos Popovic محقق CU-Boulder و دانشیار فنی، کامپیوتر و مهندسی انرژی، تکنیک جدیدی تهیه نمود که استفاده از نور را به جای سیم های الکتریکی جهت ارتباط با ترانزیستورها روی یک تراشه ممکن می‌سازد، سیستمی که محاسبات بسیار مقرون به صرفه و بسیار سریع را در آینده ممکن می سازد.
Popovic و همکارانش دو مدولاسیون نوری مختلف تهیه نمودند – ساختارهایی که سیگنال های الکتریکی را دریافت نموده و به موج های نوری تبدیل می کنند- که می توان آنها را در فرآیندهایی که هم اکنون در صنعت جهت تولید ریزپردازنده های الکترونیکی مدرن مورد استفاده قرار می گیرند جای داد. این مدولاتورها در جدیدترین مقاله ی مجله ی مقالات نوری شرح داده شدند.
قانون مور اولین بار در سال 1965 مطرح گردید، این قانون پیش بینی نمود که اندازه ی ترانزیستورهای مورد استفاده در ریزپردازنده ها را می توان با همان هزینه‌ی همیشگی هر دو سال به نصف کاهش داد؛ که در این حالت می توان دو برابر تعداد کنونی ترانزیستور در تراشه ی سیلیکونی با همین اندازه قرار داد. هرچند سال یک بار تلاش هایی جهت دوبرابر نمودن ترانزیستورها صورت می گیرد.
این طرح تا همین اواخر مناسب تشخیص داده شده بود. در حالی که ترانزیستورها همین طور کوچکتر و کوچکتر می شوند، امروزه دیگر نصف کردن اندازه ی ترانزیستورها منجر به دو برابر شدن سرعت محاسبات نمی گردد. این امر بدین دلیل است که عامل محدود کننده در لوازم الکترونیکی بسیار کوچک قدرتی است که اکنون جهت ادامه ی فعالیت ریز پردازنده ها بدان نیاز است. حجم وسیع الکتریسیته ی موردنیاز جهت خاموش و روشن نمودن ترانزیستورهای بسیار کوچک، با بسته بندی متراکم، گرمای بسیار زیادی را تولید می نماید.

"ترانزیستورها همچنان در حال کوچک شدن هستند و روز به روز عملکرد محاسباتی بالاتری از خود ارائه می دهند."

اما جهت استفاده ی صحیح و مناسب از آنها باید اتصالات ارتباطی مقرون به صرفه ای داشته باشید.
لوازم الکترونیکی کوچک همچنین از این نظر محدود می باشند که قرار دادن دو سیم الکتریکی که در حال حمل داده می‌باشند در فاصله ی نزدیک به هم منجر به تداخل می شود.
در شش سال گذشته ، تولیدکنندگان ریزپردازنده ها از قبیل اینتل توانستند سرعت محاسبات را با بسته بندی بیش از یک ریزپردازنده در یک تراشه جهت چند هسته ای کردن آنها همچنان افزایش دهند. اما این تکنیک محدود به تعداد ارتباطی است که بین ریزپردازنده ضروری می گردد که همچنین مصرف برق بسیار بالایی دارد.

"با استفاده از موج های نور به جای سیم های الکتریکی برای توابع ارتباطی ریزپردازنده می توان محدودیتی را که هم اکنون با آن روبرو هستیم از بین برد، و قانون مور را برای آینده رشد و پیشرفت داد".

جریان های مخابرات نوری که با نام فوتونیک شناخته می شوند، دو مزیت عمده نسبت به سیم های مخابرات سنتی دارد. استفاده از نور بسیار مقرون به صرفه می باشد، و یک رشته فیبر نوری به تنهایی می تواند صدها طول موج گوناگون را همزمان حمل نموده و موجبات حمل ارتباطات گوناگون را به شکل هم‌زمان در یک فضای کوچک و حذف تداخلات را به همراه می-آورد.

"مخابرات نوری هم اکنون پایه و اساس اینترنت و بخش عمده ای از خطوط تلفن می باشد. اما برای این‌که این خطوط همچنین از نظر اقتصادی هم برای ریزپردازنده ها مقرون به صرفه و شدنی شوند، تکنولوژی فوتونیک هم باید به شکلی که امروزه ریزپردازنده ها ساخته می شوند تولید گردد. فوتونیک باید پهلو به پهلو با علم و لوازم الکتریکی یک‌پارچه گردد تا در صنعت ریزپردازنده ها خریدار پیدا کند".

" جهت متقاعد نمودن صنعت نیمه رساناها در ترکیب فوتونیک ها در ریزپردازنده ها، باید به شکلی این عمل انجام گیرد که میلیون ها دلاری که صرف ساختارهای کنونی گشته است نیازی به حذف و ساخت مجدد نداشته باشد."

سال گذشته، Popovic و همکارانش در MIT گرد هم آمدند تا برای اولین بار نشان دهند که چنین ترکیبی امکان پذیر می‌باشد.

"ما در حال ساخت فوتونیک در فرایندی هستیم که با استفاده از آن ریز پزدازنده ها تولید می‌شوند." ما از این فرآیند ساخت و ترکیب استفاده نموده و به جای ساخت مدارهای الکتریکی به تنهایی، فوتونیک ها را هم در کنار مدارهای الکتریکی قرار می-دهیم تا بتوانند با یکدیگر صحبت کنند.

در دو مقاله از مقالات انتشار یافته در ماه گذشته در مجله ی مقالات فیبرنوری، با همکاری محقق دکترای CU-Boulder آقای Jefferey Shainline به عنوان رهبر، تیم تحقیقاتی تراشه ی فوتونیک-الکترونیک خود را تصحیح نمود، به تفصیل جزئیات که چگونه مدولاتور نوری که داده ها را به صورت رمزی در پرتوهای نوری وارد می نماید، می تواند بهبود داده شده و مقرون به صرفه گردد، پرداخت. مدولاتور نوری با یک فرایند تولید با نام نیمه رسانای اکسید فلزات مکمل سیلیکون بر روی عایق یا SOICMOS سازگار است. این فرایند جهت تولید ریزپردازنده های چند هسته ای مدرن از قبیل IBM POWER7 و Cell مورد استفاده قرار می گیرد که در دستگاه پلی استیشن 3 از آن بهره گرفته شده است.
محققان همچنین نوع دومی از مدولاتور نوری را شرح دادند که می توان از آن در یک فرآیند تولید تراشه ی دیگر استفاده نمود، که با عنوان CMOS شناخته می شود، که در ساخت تراشه های حافظه مفید بوده و در بخش عمده ای از ریزپردازنده های قیمتی جهان مورد استفاده است.
Validimir Stojanovic که رهبر یکی از تیم های MIT بوده و در پروژه هم همکاری می نماید و همچنین محقق ارشد در کل برنامه ی تحقیقاتی است می گوید، کار گروه روی مدولاتورهای نوری قدم بسیار بزرگی به جلوست.

"علاوه بر مقرون به صرفگی و مزیت های مربوط به افزایش پهنای باند در رشته های فوتونیک-سیلیکون نسبت به سیم های الکتریکی، فوتونیکی که بدون هیچ تغییر در فرآیندهای CMOS ادغام شده باشد، صرفه ی بسیاری در زمینه ی هزینه داشته و بر سیستم های فوتونیک سنتی برتری دارد".