Lichtsignale auf dem Chip

Physik Journal - Durch einen neuen Modulator rückt die optische Kommunikation auf Mikrochips näher.

Künftig werden Mikroprozessoren aus vielen einzelnen Kernen bestehen, die parallel als zentrale Recheneinheiten arbeiten. Bereits heute gibt es zwei- bis achtkernige Prozessoren zu kaufen. Das Konzept der Parallelrechner, bei denen mehrere Prozessorplatinen untereinander über Kupferleitungen verbunden sind, lebt damit auf einem einzelnen Chip neu auf. Hersteller träumen bereits von hunderten Prozessorkernen auf einem Baustein.

Dieser Entwicklungssprung gelingt jedoch nur, wenn die Miniaturisierung weiter voranschreitet. Gerade die Kommunikation zwischen den Kernen auf dem Chip erfordert optische Verfahren, da elektrische Ströme zu viel Abwärme erzeugen würden. Eine Forschergruppe der IBM um William Green hat nun das Labormuster eines winzigen, elektro-optischen Modulators vorgestellt, der ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur optischen Kommunikation auf dem Chip ist.

Abb.: Elektro-optische Modulatoren sind ein wichtiger Schritt zum optischen Computer. (Quelle: IBM)

Die Wissenschaftler fertigten den Siliziummodulator, dessen Prinzip auf einem Mach-Zehnder-Interferometer beruht, mit Elektronenstrahllithografie- und Plasmaätzverfahren. Andere Forschergruppen haben in der jüngeren Vergangenheit bereits ähnliche Bauelemente vorgestellt. Allerdings erforderten diese immer sehr hohe Steuerspannungen zwischen 3 und 16 V (gemessen zwischen den Extremwerten). Der IBM-Baustein kommt dagegen dank seiner höheren Empfindlichkeit mit deutlich weniger als einem Volt aus – erreichbar scheinen sogar 0,12 V zu sein. Möglich wird dies durch eine unabhängige Steuerung von Amplituden und Phasen der Modulator-Resonatoren. Dank dieser hohen Empfindlichkeit könnte eine CMOS-Logik, der heutige Fertigungsstandard der Halbleiterindustrie, den Modulator direkt mit elektrischen Signalen steuern.

Die IBM-Forscher leiteten aus Messungen für ihr Labormuster maximale Übertragungsraten von 10 Gigabit pro Sekunde ab. Der Flächenbedarf des Modulators liegt bei 0,003 mm ². Durch Optimierung des Layouts dürfte er sich um den Faktor drei verringern lassen.

Quelle: Physik Journal, März 2008, S. 16

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  W. Green et al., Optics Express 15, 17264 (2007).
  http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=oe-15-25-17264