I ricercatori IBM hanno annunciato oggi una nuova tecnologia per i chip che integra moduli ottici ed elettrici sullo stesso pezzo di silicio, consentendo ai chip dei computer di comunicare tramite impulsi di luce (anziché tramite segnali elettrici), tecnica che consente di realizzare chip più piccoli, più veloci e con maggiore risparmio energetico rispetto a quanto possibile con le tecnologie convenzionali.

La nuova tecnologia, battezzata CMOS Integrated Silicon Nanophotonics, è il frutto di un decennio di sviluppo presso i centri IBM; una volta brevettata, modificherà e migliorerà il modo di comunicare dei chip, integrando funzioni e moduli ottici direttamente su un chip in silicio e permettendo di ottenere una densità di integrazione 10 volte migliorata rispetto a quanto fattibile con le attuali tecniche di produzione.

IBM prevede che la Silicon Nanophotonics aumenterà sensibilmente la velocità e le prestazioni dei chip e favorirà l'ambizioso programma Exascale di IBM che si propone di sviluppare un supercomputer in grado di elaborare un milione di trilioni di calcoli — o un Exaflop — al secondo. Un supercomputer Exascale sarà all'incirca mille volte più veloce del computer più veloce di cui disponiamo oggi.

“Lo sviluppo della tecnologia Silicon Nanophotonics avvicina moltissimo alla realtà la possibilità di realizzare interconnessioni ottiche on-chip” afferma il dott. T.C. Chen, vice President Science and Technology di IBM Research. “Questo consentirà di costruire sistemi informatici energeticamente efficienti con una prestazione a livello di Exaflop.”

Oltre a combinare moduli ottici ed elettrici su un singolo chip, la nuova tecnologia IBM può essere prodotta sul front-end di una linea di produzione CMOS standard senza richiedere attrezzatura nuova o speciale. Con questo approccio, i transistor al silicio possono condividere lo stesso strato al silicio con dispositivi nanofotonici al silicio. Per rendere possibile questo approccio, i ricercatori IBM hanno sviluppato una serie di dispositivi nanofotonici al silicio attivi e passivi ultracompatti e integrati, che sono tutti scalati fino al limite della diffrazione, la dimensione minima che l'ottica dielettrica può permettersi.

Aggiungendo solo pochi moduli di elaborazione a un flusso di produzione CMOS standard, la tecnologia consente di ottenere una varietà di componenti nanofotonici al silicio, come modulatori, fotorilevatori al germanio e multiplexer ultracompatti a divisione di lunghezza d'onda da integrare con i circuiti CMOS digitali e analogici ad alte prestazioni. Questo vuol dire che ora è possibile produrre ricetrasmettitori a comunicazione ottica single-chip in una fonderia CMOS standard, anziché assemblarli con più pezzi realizzati con una dispendiosa tecnologia di semiconduttori composti.

La densità di integrazione ottica ed elettrica dimostrata dalla nuova tecnologia IBM non ha precedenti: un canale di ricetrasmettitore singolo con tutti i circuiti ottici ed elettrici in dotazione occupa solamente 0,5mm2 – 10 volte meno di quelli precedentemente annunciati da altre società. La tecnologia è disponibile per la produzione di ricetrasmettitori single-chip con una superficie di 4x4mm2 che possono ricevere e trasmettere più di un Terabit al secondo, ovvero più di un trilione di bit al secondo.