Siliziumphotonische Datenkommunikationstechnologie

SiliziumphotonikDatenkommunikationstechnologie
In mehreren Kategorien vonphotonische BauelementeSiliziumphotonische Komponenten sind mit erstklassigen Geräten konkurrenzfähig, die weiter unten beschrieben werden. Die wohl bahnbrechendste Arbeit in diesem Bereich ist die Siliziumphotonik.optische KommunikationDie Entwicklung integrierter Plattformen, die Modulatoren, Detektoren, Wellenleiter und andere Komponenten auf einem Chip vereinen und miteinander kommunizieren lassen, ist ein zentrales Thema. Teilweise werden auch Transistoren in diese Plattformen integriert, wodurch Verstärker, Serialisierung und Rückkopplung auf demselben Chip realisiert werden können. Aufgrund der hohen Entwicklungskosten konzentriert sich diese Technologie primär auf Anwendungen für die Peer-to-Peer-Datenkommunikation. Angesichts der Kosten für die Entwicklung von Transistorfertigungsprozessen herrscht in der Branche zunehmend Einigkeit darüber, dass die Integration elektronischer Bauelemente mittels Bonding-Technologie auf Wafer- oder Chipebene aus Leistungs- und Kostengründen in absehbarer Zukunft die sinnvollste Lösung darstellt.

Es ist offensichtlich von großem Nutzen, Chips herstellen zu können, die mithilfe elektronischer Bauelemente Berechnungen durchführen und optische Kommunikation ermöglichen. Die meisten frühen Anwendungen der Siliziumphotonik lagen im Bereich der digitalen Datenkommunikation. Dies ist auf die fundamentalen physikalischen Unterschiede zwischen Elektronen (Fermionen) und Photonen (Bosonen) zurückzuführen. Elektronen eignen sich hervorragend für Berechnungen, da sich Elektronen und Photonen nicht gleichzeitig am selben Ort befinden können. Das bedeutet, dass sie stark miteinander wechselwirken. Daher ist es möglich, mit Elektronen großflächige, nichtlineare Schaltelemente – Transistoren – zu realisieren.

Photonen besitzen unterschiedliche Eigenschaften: Viele Photonen können sich gleichzeitig am selben Ort befinden und unter ganz besonderen Umständen nicht gegenseitig beeinflussen. Deshalb ist es möglich, Billionen von Datenbits pro Sekunde durch eine einzige Glasfaser zu übertragen: Dies geschieht nicht durch die Erzeugung eines Datenstroms mit einer Bandbreite von nur einem Terabit.

In vielen Teilen der Welt ist Glasfaser bis zum Haus (FTTH) das dominierende Zugangsmodell, obwohl dies in den USA, wo es mit DSL und anderen Technologien konkurriert, noch nicht endgültig bewiesen ist. Angesichts des stetig steigenden Bandbreitenbedarfs wächst auch der Bedarf an immer effizienterer Datenübertragung über Glasfaser. Der allgemeine Trend im Datenkommunikationsmarkt ist, dass mit abnehmender Entfernung die Preise in den einzelnen Segmenten drastisch sinken, während das Datenvolumen steigt. Daher konzentrieren sich die Kommerzialisierungsbemühungen der Siliziumphotonik vor allem auf Anwendungen mit hohem Datenvolumen und kurzer Reichweite, die auf Rechenzentren und Hochleistungsrechner abzielen. Zukünftige Anwendungen umfassen Board-to-Board-Verbindungen im USB-Maßstab und möglicherweise sogar die Kommunikation zwischen CPU-Kernen, wobei die Entwicklung von Kern-zu-Kern-Anwendungen auf einem Chip noch recht spekulativ ist. Obwohl die Siliziumphotonik noch nicht die Größenordnung der CMOS-Industrie erreicht hat, entwickelt sie sich bereits zu einer bedeutenden Branche.