شركتان ناشئتان تجلبان الألياف إلى المعالج

إذا كانت وحدة المعالجة المركزية في سيول يرسل بايت من البيانات إلى معالج في براغ ، وتغطي المعلومات معظم المسافة كضوء ، مضغوطًا مع عدم وجود مقاومة. لكن ضع كلا المعالجات على نفس اللوحة الأم ، وسيحتاجون إلى التواصل عبر النحاس الذي يستهلك الطاقة ، مما يؤدي إلى إبطاء سرعات الاتصال الممكنة داخل أجهزة الكمبيوتر. تقوم شركتان ناشئتان في وادي السيليكون ، وهما Avicena و Ayar Labs ، بعمل شيء حيال هذا الحد الطويل الأمد. إذا نجحوا في محاولاتهم لجلب الألياف الضوئية إلى المعالج أخيرًا ، فقد لا يؤدي ذلك إلى تسريع الحوسبة فحسب ، بل قد يعيد صنعها أيضًا.

تعمل كلتا الشركتين على تطوير شرائح متصلة بالألياف ، ورقائق صغيرة تهدف إلى مشاركة اتصال ذي نطاق ترددي عالٍ مع وحدات المعالجة المركزية (CPU) وغيرها من السيليكون المتعطش للبيانات في حزمة مشتركة. يعمل كل منهما على زيادة الإنتاج في عام 2023 ، على الرغم من أنه قد يستغرق الأمر عامين قبل أن نرى جهاز كمبيوتر في السوق مع أي من المنتجين.

نجحت Ayar Labs في تصغير وتقليل استهلاك الطاقة لأنواع مكونات السيليكون الضوئية المستخدمة اليوم في حبال البتات حول مراكز البيانات من خلال كبلات الألياف الضوئية. يقوم هذا الجهاز بترميز البيانات على أطوال موجية متعددة من الضوء من ليزر الأشعة تحت الحمراء ويرسل الضوء عبر الألياف.

لا يمكن أن تكون رقاقة Avicena مختلفة أكثر: فبدلاً من ضوء الليزر بالأشعة تحت الحمراء ، تستخدم الضوء العادي من شاشة صغيرة مصنوعة من microLEDs زرقاء. وبدلاً من مضاعفة جميع البيانات الضوئية بحيث يمكن أن تنتقل عبر ليف واحد ، ترسل أجهزة Avicena البيانات بالتوازي عبر مسارات منفصلة في كابل بصري متخصص.

تتمتع Ayar بثقل التاريخ من جانبها ، حيث تقدم للعملاء تقنية مشابهة لما يستخدمونه بالفعل لإرسال البيانات عبر مسافات أطول. لكن Avicena ، الحصان الأسود في هذا السباق ، يستفيد من التطورات المستمرة في صناعة العرض المصغر ، والتي من المتوقع أن تنمو بنسبة 80 في المائة سنويًا وتصل إلى 123 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2030 ، مدعومًا بمستقبل مليء بمعدات الواقع الافتراضي وحتى المعزز- العدسات اللاصقة الواقعية.

يقول فلاديمير كوزلوف ، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة LightCounting ، وهي شركة لتحليل الاتصالات: “هذه الشركات طرفان في الطيف من حيث المخاطر والابتكار”.

MicroLEDs مقابل ليزر الأشعة تحت الحمراء

تتكون شريحة السيليكون الخاصة بشركة Avicena ، LightBundle ، من مجموعة من microLEDs نيتريد الغاليوم ، ومجموعة متساوية الحجم من أجهزة الكشف الضوئية ، وبعض دوائر الإدخال / الإخراج لدعم الاتصال بالمعالج الذي يغذيه بالبيانات. تربط الكابلات الضوئية المزدوجة بقطر 0.5 ملليمتر مصفوفة microLED على شريحة واحدة بأجهزة الكشف عن الضوء على أخرى والعكس صحيح. تحتوي هذه الكابلات – المشابهة لكابلات التصوير في بعض المناظير الداخلية – على حزمة من نوى الألياف التي تصطف مع المصفوفات الموجودة على الرقاقة ، مما يمنح كل microLED مسار الضوء الخاص به.

إلى جانب وجود هذا النوع من الكابلات ، احتاجت Avicena إلى شيئين آخرين للجمع ، كما توضح Bardia Pezeshki ، الرئيس التنفيذي للشركة. “الأول ، الذي أعتقد أنه كان الأكثر إثارة للدهشة لأي شخص في الصناعة ، هو أن مصابيح LED يمكن أن تعمل بسرعة 10 جيجابت في الثانية ،” كما يقول. “هذا مذهل” ، مع الأخذ في الاعتبار أن أحدث أنظمة اتصالات الضوء المرئي قبل خمس سنوات فقط كانت بمئات الميجاهرتز. لكن في عام 2021 ، كشف باحثو شركة Avicena عن نسخة من microLED أطلقوا عليها اسم المرسلات الضوئية الدقيقة المعززة بالتجويف أو CROME. الأجهزة عبارة عن microLEDs تم تحسينها لتبديل السرعة عن طريق تقليل السعة والتضحية ببعض الكفاءة في تحويل الإلكترونات إلى ضوء.

نيتريد الغاليوم ليس شيئًا مدمجًا بشكل نموذجي في رقائق السيليكون للحوسبة ، ولكن بفضل التقدم في صناعة شاشات microLED ، فإن القيام بذلك يعد في الأساس مشكلة محلولة. سعياً وراء شاشات انبعاثية ساطعة لـ AR / VR وأشياء أخرى ، أمضت عمالقة التكنولوجيا مثل Apple و Google و Meta سنوات في ابتكار طرق لنقل مصابيح LED ذات مقياس ميكرومتر مبنية بالفعل إلى نقاط دقيقة على السيليكون والأسطح الأخرى. يقول بيزشكي الآن “إنه يقوم به الملايين كل يوم”. اشترت شركة Avicena نفسها مؤخرًا المصنع حيث طورت CROMEs من Nanosys جارتها في وادي السيليكون.

سيحتاج صانعو الكمبيوتر إلى حلول لن تساعد فقط في العامين أو الثلاثة أعوام القادمة ، بل ستوفر تحسينات موثوقة لعقود.

كان المكون الثاني هو جهاز الكشف الضوئي. السيليكون ليس جيدًا في امتصاص ضوء الأشعة تحت الحمراء ، لذلك يعوض مصممو أنظمة السيليكون الضوئية عادةً بجعل أجهزة الكشف الضوئية والمكونات الأخرى كبيرة نسبيًا. ولكن نظرًا لأن السيليكون يمتص الضوء الأزرق بسهولة ، فإن أجهزة الكشف الضوئي لنظام Avicena تحتاج فقط إلى بضعة أعشار من الميكرومتر ، مما يسمح بدمجها بسهولة في الرقاقة تحت مجموعة ألياف التصوير. ينسب Pezeshki الفضل إلى David AB Miller من ستانفورد لإثباته ، منذ أكثر من عقد من الزمان ، أن أجهزة الكشف عن الضوء الأزرق CMOS كانت سريعة بما يكفي للقيام بهذه المهمة.

إن الجمع بين ألياف التصوير ، و microLEDs الزرقاء ، وأجهزة الكشف الضوئية السيليكونية يؤدي إلى نظام ينقل في النماذج الأولية “العديد” من تيرابت في الثانية ، كما يقول بيزشكي. بنفس القدر من الأهمية مثل معدل البيانات هو الطاقة المنخفضة اللازمة للتحرك قليلاً. يقول بيزشكي: “إذا نظرت إلى القيم المستهدفة لعلم الفوتونات السيليكونية ، فهي عبارة عن عدد قليل من البيكوجول لكل بت ، وهذه من الشركات التي تسبقنا كثيرًا” من حيث التسويق. “لقد حطمنا بالفعل تلك الأرقام القياسية.” في العرض التوضيحي ، نقل النظام البيانات باستخدام حوالي نصف بيكو جول لكل بت. المنتج الأول للشركة الناشئة ، المتوقع في عام 2023 ، لن يصل إلى المعالج بالكامل ولكنه يهدف إلى توصيل الخوادم داخل رف مركز البيانات. يقول Pezeshki ، إن رقاقة للروابط الضوئية من رقاقة إلى رقاقة ستتبع “مباشرة في أعقابها”.

ولكن هناك حدود لقدرة microLEDs على نقل البيانات. نظرًا لأن ضوء LED غير متماسك ، فإنه يعاني من تأثيرات التشتت التي تقيده بحوالي 10 أمتار. على النقيض من ذلك ، فإن الليزر جيد بشكل طبيعي في قطع المسافة ؛ يصل مدى شرائح TeraPHY من Ayar إلى كيلومترين ، مما قد يؤدي إلى تعطيل بنية أجهزة الكمبيوتر العملاقة ومراكز البيانات حتى أكثر من تقنية Avicena. يمكنهم السماح لصانعي الكمبيوتر بإعادة التفكير تمامًا في هياكلهم ، مما يسمح لهم ببناء “شريحة كمبيوتر واحدة بشكل أساسي ، ولكن بناءها على نطاق الرف” ، كما يقول تشارلي ويسشبارد ، الرئيس التنفيذي لشركة Ayar. تعمل الشركة على تكثيف الإنتاج مع شريكها GlobalFoundries وتقوم ببناء نماذج أولية مع الشركاء في عام 2023 ، على الرغم من أنه من غير المرجح أن يتم الإعلان عنها ، كما يقول.

يقول كوزلوف إنه يتوقع ظهور المزيد من المنافسين. سيحتاج صانعو أجهزة الكمبيوتر إلى حلول “لن تساعد فقط في العامين أو الثلاثة أعوام القادمة ولكنها ستوفر تحسينات موثوقة لعقود.” بعد كل شيء ، لا تزال الوصلات النحاسية التي يسعون إلى استبدالها تتحسن أيضًا.