В течение последнего десятилетия в мире сложилась весьма печальная ситуация с соблюдением известного всем закона Гордона Мура. Согласно информации, предоставленной специалистами компании IBM, тактовая частота процессоров уже давно держится на уровне нескольких гигагерц, а количество транзисторов на чипе не может больше увеличиваться прежними темпами из-за трудностей и ограничений современных производственных технологий, которые приближаются к теоретическим пределам минимальных размеров элементов чипов, накладываемым фундаментальными законами физики.
Очередным прорывом в области вычислительных технологий могут стать оптические фотонные процессоры, по волноводам которых будут перемещаться импульсы света, являющиеся носителями информации. И недавно специалисты компании IBM разработали технологию изготовления кремниевых волноводов, имеющих очень низкий уровень потерь. Такие волноводы могут быть использованы для передачи информации при помощи света видимого диапазона между функциональными блоками одного процессора или связывать процессор с периферийными устройствами. Более того, такие кремниевые волноводы могут быть использованы для управления лазерами и модуляторами, которые широко используются в телекоммуникациях.
Однако, кремний известен тем, что он поглощает свет видимого диапазона, и для того, чтобы обеспечить низкий уровень потерь, специалисты IBM использовали специальные наноструктуры, внедренные в волновод в определенных местах и расположенные в нужном порядке. Если говорить простым языком, то эти наноструктуры, диаметр которых составляет около 150 нанометров, формируют нечто вроде "изгороди", предотвращающей рассеивание и утечку света из-за явления оптического трения. Также подобные нанструктуры установлены на концах волноводов, обеспечивая высококачественное сопряжение волновода с другими оптическими компонентами.
Отметим, что данная работа является продолжением генерального направления компании по созданию полностью оптических схем и вычислительных узлов. В 2019 году компания IBM, совместно с Институтом науки и техники, Сколково, Россия, разработала оптический транзистор, способный работать при комнатной температуре, и кремниевые волноводы предназначены в первую очередь для соединения таких транзисторов в сложную схему оптического процессора.