Исследователи понимали, что использование оптических сигналов вместо электрических для передачи данных в компьютерной микросхеме могло бы обеспечить значительное повышение производительности, поскольку световые сигналы могут быстрее передавать большие объемы информации. Однако важнейшим условием управления потоком информации является «буферизация», или временное удержание данных в микросхеме. Работа, о которой было объявлено сегодня, предлагает метод буферизации световых сигналов.

«Современные мощные микропроцессоры способны выполнять значительно большие нагрузки, если только мы сможем найти способ ускорить поток информации внутри компьютера, — утверждает доктор Т. С. Чен (T. C. Chen), вице-президент подразделения IBM Research по науке и технологиям. — Мы полагаем, что использование оптических коммуникационных компонентов позволит решить эту проблему. Таким образом, основное внимание при разработке высокопроизводительных вычислительных систем смещается с совершенствования вычислительных компонентов на совершенствование внутренних коммуникаций». Значительно более длительного удержания данных можно добиться, пропуская свет через оптические волокна. Однако существующие сегодня «линии задержки» являются слишком большими для использования в микрочипах, в которых пространство является дефицитным и дорогостоящим. Для практической интеграции таких линий задержки в микросхемы их площадь должна быть значительно меньше одного квадратного миллиметра, а их конструкция должна быть совместима с существующими технологиями производства микросхем.

Ученые IBM смогли выполнить данное ограничение на размеры и обеспечить необходимый уровень контроля светового сигнала, пропустив его через кремниевую оптическую линию задержки нового типа, состоящую из 100 последовательных «микрокольцевых резонаторов», созданных с использованием существующих инструментов изготовления кремниевых комплементарных металло-оксидных полупроводников (complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS). Если оптический волновод изогнут в кольцо, то, пропуская свет по кругу много раз, можно обеспечить его задержку. Оптическое буферное устройство на основе этой простой концепции позволяет кратковременно хранить 10 бит оптической информации на площади размером 0,03 квадратных миллиметра. Это 10% плотности размещения информации на флоппи-диске и значительное усовершенствование в сравнении с предыдущими результатами. Подобное усовершенствование позволит интегрировать в компьютерный чип сотни таких устройств и является важным шагом в направлении реализации в микросхемах оптических коммуникаций. Отчет о данной работе «Ультракомпактные оптические буферы на кремниевой микросхеме» опубликован 22 декабря в первом выпуске журнала Nature Photonics.

Авторами отчета являются сотрудники исследовательского центра IBM имени Т. Дж. Уотсона (г. Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк) Фэннянь Ся (Fengnian Xia), Лидия Секарик (Lidija Sekaric) и Юрий Власов. Данная работа выполнялась при поддержке Управления перспективных исследований министерства обороны США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) в рамках программы «Slowing, Storing and Processing Light» («Замедление, хранение и обработка света»).