Läpimurto valoon perustuvissa datayhteyksissä

Karlsruhen teknillisen korkeakoulun (KIT) ja Lausannen liittovaltion ammattikorkeakoulun (EPFL) tutkijat ovat kehittäneet uuden komponentin, joka mahdollistaa erittäin nopean, energiatehokkaan ja luotettavan tiedonsiirron edistyneen valmistustekniikan avulla.

Kehitetty sähköoptinen modulaattori siirtää dataa tehokkaasti valokuitukaapeleiden kautta ja piiriä voidaan valmistaa kustannustehokkaasti standardoiduilla puolijohdekiekoilla.

Tutkijat yhdistävät litiumtantalaatin – materiaalin, joka ohjaa valoa poikkeuksellisen hyvin ja toimii modulaattorin ytimenä – mikroelektroniikan hyväksi havaittuun sirunvalmistustekniikkaan. Näitä kahta teknologiaa ei ole aiemmin käytetty yhdessä, mutta nyt ne mahdollistavat ensimmäistä kertaa luotettavan massatuotannon.

Valomodulaattorit muuntavat sähköiset signaalit valopulsseiksi – ne muodostavat jo nykyään perustan nopealle internetille ja sopivat erinomaisesti sovelluksiin, joissa käsitellään massiivisia datavirtoja, kuten tekoälyn koulutuksessa.

Valmistusprosessi on erityisen innovatiivinen: "Ratkaiseva edistysaskel on kuparielektrodeissa ja tavassa, jolla valmistamme niitä", sanoo professori Christian Koos.

Kupari johtaa signaaleja paremmin kuin aiemmin käytetty kulta ja mahdollistaa myös erittäin sileät pinnat. Tämä tekee komponentista tehokkaamman, koska energiaa menetetään vähemmän.

Lisäksi kuparielektrodit voidaan valmistaa menetelmällä, joka on jo todistettu miljoonia kertoja elektronisten tietokonesirujen tuotannossa. Toisin kuin aiemmat menetelmät, tämä tuottaa lähes peilimäisen sileän pinnan, mikä helpottaa optisten mikrosirujen liittämistä elektronisiin siruihin.

KIT-tiimin tekemät testit osoittavat: ”Modulaattori mahdollistaa suurimmat tiedonsiirtonopeudet ja ennen kaikkea toimii vakaasti – ilman, että meidän tarvitsee jatkuvasti säätää asetuksia”, sanoo Alexander Kotz.

Tämä on merkittävä edistysaskel, koska jatkuva uudelleensäätö jatkuvan käytön aikana on monimutkaista, vaikeuttaa siirtojärjestelmiä ja kuluttaa energiaa – erityisen kriittinen kohta, kun tällaisia komponentteja käytetään miljoonia kertoja datakeskuksissa ja tekoälyklustereissa.

Modulaattori saavuttaa yli 400 gigabitin tiedonsiirtonopeuden sekunnissa.

"Työskentelemme nykyisen teknisen mahdollisuuden rajoilla – tehokkaamman ohjauselektroniikan avulla voisimme nostaa tiedonsiirtonopeuksia entisestään", Kotz selittää. "Nopea, energiatehokas, luotettava ja teollisesti massatuotettavissa – tämä yhdistelmä tekee teknologiasta houkuttelevan erityisesti datakeskuksille ja tekoälyklustereille, jotka kärsivät jo ennestään prosessorien välisen datansiirron pullonkauloista", Koos korostaa.

Aiheesta aiemmin:

Sähköis-optisia muunnoksia terahertsien valolla

Datansiirtoa useilla valon väreillä yhdellä laserilla