Heutzutage nutzen Computer Kupfer, um Daten als elektrische Signale innerhalb des Systems auszutauschen. Auch die Verbindung zum Internetanbieter wird zumeist mit Kupferkabeln realisiert und erst ab diesem Punkt spielt die Kommunikation über Lichtleiter eine Rolle. Die Verwendung optischer Datenleitungen bietet insbesondere in Hinblick auf die Energieeffizienz vielversprechende Aussichten für die Zukunft, doch die Technik ist derzeit noch zu teuer und für die Verwendung innerhalb des Computers sind die aktuell machbaren Datenraten noch nicht hoch genug.

Quelle: Intel

Die Elektronen-Lawine
Intel hat nun einen wichtigen Schritt bei der Weiterentwicklung der Silizium-Photonik bekannt gegeben und einen Avalanche Photodetector (APD) mit einer Verstärkungsbandbreite von 340 GHz demonstriert. Mit dieser Technologie ist es möglich, optische Verbindungen mit Datenraten von 40 Gbps oder höher zu betreiben. Die Vorteile der auf Silizium basierenden Technologie sind deutlich niedrigere Kosten als mit traditionellen Materialien für die optische Datenübertragung, wobei zudem die Leistung - also Reichweite und Bandbreite - verbessert werden konnte.

Quelle: Intel

Bei der optischen Übertragung wird üblicherweise von jedem eintreffenden Photon ein einzelnes Elektron in den elektrischen Teil geschickt. Der Vorteil eines Avalanche Photodetectors (APD) besteht nun darin, dass die Fotozelle aus einer Absorptions- und einer Multiplikationsregion besteht. Jedes Photon welches absorbiert wird, stößt ein Elektron an, welches dann lawinenartig weitere Elektronen - Intel spricht von einer Größenordnung zwischen 10 und 100 - mit sich reißt. Im Vergleich zu aktuellen Lösungen soll damit der Energieverbrauch der optischen Übertragung auf ein Zehntel gesenkt oder ihre Reichweite um den Faktor zehn erhöht werden.

Quelle: Intel

Die Absorptionsschicht besteht aus Germanium, die Multiplikation wird mit Silizium erreicht. Da Germanium-Atome um ca. 4 Prozent größer sind als Silizium-Atome, passen die Atomschichten beider Materialien nicht genau übereinander. Die Forscher haben aus diesem Grund strained Germanium, welches mit Silizium durchsetzt wurde, verwendet. Hierdurch werden Sackgassen vermieden, welche die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen würden.

Quelle: Intel

Markteinführung und Chancen
An der Entwicklung der neuen Technologie waren neben Intel die Firmen DARPA und Numonyx sowie Prof. Joseph Campbell von der Universität von Virginia und Prof. John Bowers von der Universität von Kalifornien in Santa Barbara beteiligt. Sollten Tests der Haltbarkeit der neuen Materialien erfolgreich verlaufen, ist mit einer Markteinführung im Laufe der nächsten drei bis fünf Jahre zu rechnen. Binnen sieben Jahren könnte sich die optische Datenübertragung in Bereiche von ca. 15 cm vorarbeiten und in zehn Jahren auch für die Kommunikation der Chips untereinander genutzt werden.