Computer fotonici, la ricerca italiana

La velocità di elaborazione di un computer può aumentare non solo incrementando la frequenza di clock dei processori, ma anche sostituendo le tradizionali interconnessioni elettriche con impulsi luminosi. Come in diverse università statunitensi, anche nei laboratori del Politecnico di Milano (Polo territoriale di Como) sono in corso diverse ricerche, una delle quali è stata recentemente pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature Photonics. Un team di ricercatori italiani del centro LNESS ha compiuto un passo importante verso le interconnessioni ottiche in PC multicore, in collaborazione con l’Istituto di Elettronica Fondamentale IEF di Parigi.

La trasmissione di dati all’interno di un microprocessore avviene oggi tramite impulsi elettrici. Il passaggio di corrente in un conduttore è inevitabilmente associato alla dissipazione di energia sotto forma di calore. In modo analogo alle connessioni Internet (solo con la fibra ottica si possono raggiungere velocità elevate), anche nei computer è necessario utilizzare la luce al posto dell’elettricità. La ricerca condotta dal Politecnico di Milano sfrutta proprio le interconnessioni ottiche per il passaggio di impulsi luminosi, in modo da avere una trasmissione delle informazioni tra chip più rapida ed efficiente. L’importanza dello studio sarà ancora più evidente nei prossimi anni, quando saranno disponibili processori multicore costituiti da centinaia di unità che lavoreranno in parallelo.

I ricercatori sono riusciti ad integrare funzionalità ottiche su un substrato di silicio utilizzando strati nanometrici di silicio e germanio. E’ stato così possibile ottenere un modulatore elettro-ottico in grado di trasformare i bit di un segnale elettrico in una serie di impulsi luminosi. Il segnale ottico viene poi trasmesso attraverso una guida d’onda, anch’essa costituita da silicio-germanio, per poi essere nuovamente convertito in un segnale elettrico da un rivelatore.

Modulatore ottico, guida d’onda e rivelatore sono stati realizzati su un unico chip. Inoltre, modulatore e rivelatore sono possono essere riconfigurati in modo da poter realizzare una comunicazione bidirezionale, in quanto i ruoli di trasmettitore e ricevitore sono completamente interscambiabili. Dato che silicio e germanio sono materiali compatibili con gli attuali processi produttivi, la realizzazione di interconnessioni ottiche tra microprocessori potrebbe presto diventare realtà.