Японские исследователи разработали кремниевый оптический модулятор, способный передавать данные со скоростью до 200 Гбит/с при относительно низком энергопотреблении. Устройство длиной всего 320 микрометров сочетает технологию замедленного света со встроенной системой коррекции сигнала. Разработка может найти применение в дата-центрах, где растущие нагрузки искусственного интеллекта требуют более быстрых и экономичных соединений между чипами.
Основная сложность при создании таких устройств заключается в необходимости одновременно повышать скорость передачи данных и снижать энергозатраты. Традиционные кремниевые модуляторы обычно имеют длину от 2 до 4 мм. Уменьшить их размеры и сохранить высокую производительность непросто, поскольку повышение эффективности взаимодействия света с материалом часто сопровождается ограничением скорости обработки сигналов.
Для решения этой проблемы команда Национального университета Йокогамы объединила два подхода. В основе разработки лежит фотонно-кристаллический волновод с системой микроскопических отверстий, замедляющих распространение света. Благодаря этому эффекту даже небольшие электрические изменения позволяют заметно влиять на выходной оптический сигнал.
Вторым элементом стал встроенный электрооптический эквалайзер. Он компенсирует ограничения, связанные с электрическим сопротивлением, и позволяет устройству эффективнее работать с высокочастотными сигналами. В зависимости от конфигурации рабочая полоса частот увеличилась с 35 до 80 ГГц и с 23 до 55 ГГц.
Испытания показали, что модулятор способен передавать данные со скоростью 140 Гбит/с при использовании двухуровневого оптического сигнала. Энергопотребление в этом режиме составило 26 фДж на бит. При переходе к четырёхуровневой амплитудно-импульсной модуляции скорость достигла 180 Гбит/с без цифровой обработки сигнала. С дополнительным эквалайзером на приёмной стороне показатель вырос до 200 Гбит/с при энергозатратах 63 фДж на бит.
Устройство изготовили с использованием технологии кремния на изоляторе, совместимой с производственными процессами для 300-миллиметровых пластин. Его площадь составляет около 0,4 мм², что упрощает интеграцию в компактные оптические системы.
По словам руководителя исследования Тосихико Бабы, совместимость технологии с КМОП-производством позволяет рассчитывать на её массовое применение. Это особенно важно для дата-центров, обслуживающих системы ИИ, которым требуется передавать всё больше информации без пропорционального роста энергопотребления. На этом фоне разработка может стать одним из решений для создания более компактных и быстрых оптических передатчиков.
Источник: trashbox.ru