الرئيسية - المساحة الإخبارية - الحصول على أول شريحة متكاملة للأنظمة السليكونية الضوئية

الحصول على أول شريحة متكاملة للأنظمة السليكونية الضوئية

أعلنت شركة IBM عن تمكنها من تحقيق إنجازٍ جديد في مجال الأنظمة السليكونية الضوئية Silicon Photonics، حيث تمثل الإنجاز الجديد بتمكن الشركة من صناعة أول شريحة متكاملة تتميز بقدرتها على مضاعفة الأطوال الموجية، حيث ستؤمن هذه الشريحة الجديدة إمكانية تصنيع مستقبلاتٍ ضوئية تستطيع أن تستقبل الإشارات الضوئية بسرعةٍ تصل حتى 100 غيغابت بالثانية الواحدة، كما أنها تتميز بوجود العناصر الضوئية والإلكترونية جنباً إلى جنب على نفس الشريحة.

سيؤمن هذا النمط من التكامل الثنائي (السليكوني والضوئي) قدراتٍ هامة من أجل استغلال مثل هكذا شرائح لتطوير تقنيات الإرسال والاستقبال الضوئي على مسافاتٍ طويلة. بكل الأحوال، أليس علينا أن نتسائل ما هو سبب التوجه نحو التقنيات الضوئية، وما السبب الذي يجعل شركاتٍ ضخمة مثل IBM وإنتل تعمل على مدى عقود من أجل تطوير مثل هكذا شرائح؟

السليكونيات الضوئية – مستبدلات التوصيلات النحاسية

مبدأ عمل الأنظمة السليكونية الضوئية بسيط جداً: الاعتماد على الضوء كناقلٍ للإشارات والمعلومات، بدلاً من الأسلاك النحاسية التقليدية المستخدمة في توصيل أجزاء وعناصر اللوحات والدارات الرقمية الحاسوبية. نظرياً، يمكن لمثل هكذا أنظمة ضوئية أن تحل العديد من المشاكل المتعلقة باستخدام التوصيلات النحاسية التقليدية، ولعل أحد أهم المشاكل المرافقة للتوصيلات والأسلاك النحاسية، هي عدم القدرة على تصنيعها ضمن المجالات الدقيقة والصغيرة واللازمة من أجل تصنيع المعالجات الحاسوبية الحديثة، التي تستمر بالتناقص من حيث الحجم والأبعاد، مع زيادة في تضمين الترانزيستورات فيها. وبعدٍ حدٍ معين من التصغير، يبدو أنه سيكون من المستحيل فيزيائياً أن يتم تصغير أبعاد الأسلاك النحاسية بدون أن يتم التأثير على خواص أدائها وعمر عملها. من ناحيةٍ أخرى، فإن التوصيلات الضوئية – نظرياً – تستطيع أن تنقل الإشارات والمعلومات باستهلاك طاقة أقل بكثير، وبسرعات نقل كبيرة وهائلة، أكبر بكثير من قدرة الأسلاك والتوصيلات النحاسية.

من ناحيةٍ أخرى، فإن تطبيق مبادئ التوصيل الضوئي ضمن تقنية تصنيع الشرائح المتكاملة الحالية يتطلب دمجاً مع مادة السليكون، وهي المادة الأكثر انتشاراً في تقنية الدارات المتكاملة كمادةٍ خام. مع الأسف الشديد، فإن السليكون لا يتمتع بخواصٍ جيدة وملائمة من أجل الأجهزة الضوئية، فالإشارات الضوئية تمتلك مجالاتٍ واسعة من الترددات، والفكرة الأساسية من استغلال الضوء كوسط لنقل المعلومات، هو استغلال الترددات العالية التي يمكن أن تنتقل عنده الإشارات الضوئية، وهو الأمر الذي يبدو صعب الإنجاز باستخدام مادة السليكون، التي لا تمتلك فجوة حزمة Bandgap مناسبة.

مع ذلك، فإن الآمال الكبيرة التي يمكن للضوء أن يقدمها في مجال الحوسبة تجعله خياراً شهياً بالنسبة لشركات التصنيع العملاقة، خصوصاً مع الطموح الكبير في الوصول لعتبة قدرة حاسوبية من رتبة الإكسا فلوب (للتوضيح اقرأوا مقالنا حول القدرات الحاسوبية والفلوب من هنا )، وهي العتبة التي لا يبدو أنه يمكن تحقيقها اعتماداً على تقنيات التصنيع الحالية، والمعتمدة بصورة رئيسية على الشرائح السليكونية، والأسلاك النحاسية.

الصورة التالية تعود لأحد المحاضرات التي نظمتها شركة إنتل حول الأنظمة السليكونية الضوئية، والدور الهائل الذي يمكن أن تلعبه في مجال تطوير القدرات الحاسوبية. المخطط لا يظهر فقط تزايد القدرة الحاسوبية بشكلٍ كبير (السطر FLOPS)، بل يظهر أيضاً تزايد عرض حزمة البيانات والمعلومات التي يمكن تبادلها (السطر Aggregate BW)، وكمية الطاقة المستهلكة لكل بت معلومات (السطر Energy/bit)، وحجم الشرائح بالنسبة لكل غيغابت من المعلومات ( السطر Size)، وأخيراً الكلفة لكل 1 غيغابت (السطر Cost). المخطط يبدأ من العام 2013، ويظهر التوقعات للأعوام 2016 و2019 اعتماداً على التوقعات الخاصة بتطور التقنية السليكونية الحالية، ويظهر العام 2022 اعتماداً على التوقعات الخاصة بالحصول على الشرائح السليكونية الضوئية. بشكلٍ عام، وبدءاً من العام 2013 وبالمقارنة مع التوقعات الخاصة بالعام 2022، فإن تخفيض كمية الطاقة اللازمة لكل بت من 75 بيكو جول إلى 250 فيمتو جول، هو تحسنٌ هائل جداً.

Intel-Silicon-Photonics-Roadmap-640x333بالعودة إلى الشريحة الجديدة التي تمكنت شركة IBM من تصنيعها، والتي تم صناعتها اعتماداً على التقنيات السليكونية الضوئية بما يسمح بتبادل ونقل المعلومات ضوئياً، فإن الشركة حتى الآن لم تحدد جدولاً زمنياً واضحاً عن المدة الزمنية التي نتوقع عبرها الحصول على مثل هكذا أنظمة وشرائح من أجل الاستخدام التجاري الواسع. قد تبدأ مثل هكذا أنظمة بالظهور انطلاقاً من المراكز والأماكن التي تحتاجها بأعلى درجة: مراكز البحث العلمي التي تتطلب قدراتٍ حاسوبية هائلة، والتي يبدو أن الحوسبة الضوئية والأنظمة السليكونية الضوئية تستطيع تلبيتها. هل سنراها في الحواسيب الشخصية والأجهزة الذكية؟ ربما، ولكن يبدو أن هذا سيحتاج لعقدٍ من الزمان على الأقل.

المصدر: ExtremeTech

للمزيد من المقالات المشابهة:

إطلاق أول شريحة سليكونية تعتمد على الضوء بدلاً من الأسلاك النحاسية

استخدام الضوء بدلاً عن الأسلاك داخل الحواسيب

في إنجازٍ جديد: مزج الضوء على المستوى النانوي

إنترنت بسرعة الضوء: تعرف على المعيار Li-Fi

عن ماريو رحال

ماريو رحال
مهندس طبي ومدون تقني. مدير موقع عالم الإلكترون.

تعليق واحد

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

x

‎قد يُعجبك أيضاً

[هواوي ضد العالم] حظر جديد ضد قدرة الشركة على استخدام بطاقات الذواكر SD

لا يبدو أن الوضع سيتحسن بالنسبة لشركة هواوي الصينية فيما يتعلق بقرار حظر التعامل معها ...