Der photonische Schalter besteht aus mehr als 50.000 mikroskopischen "Lichtschaltern", die in einen Siliziumwafer geätzt sind. Jeder Lichtschalter (kleine erhabene Quadrate) lenkt einen von 240 kleinen Lichtstrahlen, um bei eingeschaltetem Schalter entweder rechts abzubiegen oder bei ausgeschaltetem Schalter direkt durchzulassen. (Quelle: Younghee Lee)

 

Forscher der University of California, haben eine Art Polizist zur Regelung des optischen Datenverkehrs entwickelt. Der Schalter lässt optische Datenströme, die über Lichtwellenleiter geleitet werden, passieren oder lenkt sie zu einem neuen Ziel - und das schneller und effizienter als je zuvor. So sollen künftig Datenströme in großen Rechenzentren und Hochleistungscomputern verteilt werden, die im Bereich der Künstlichen Intelligenz und anderen datenintensiven Anwendungen genutzt werden.

Der photonische Schalter wird unter Verwendung einer Technik hergestellt, die als Photolithographie bezeichnet wird, bei der jede "Lichtschalter" -Struktur in einen Siliziumwafer geätzt wird. Jedes hellgraue Quadrat auf dem Wafer enthält 6.400 dieser Schalter. (Quelle: Kyungmok Kwon)

 

240 Signalströme koordinieren

Die Apparatur besteht aus 50.000 Mikroschaltern, die 240 optische Signalströme in die richtige Richtung lenken. Ist ein Schalter aktiv, wird der Strahl um 90 Grad umgelenkt. Ist er ausgeschaltet, geht er geradlinig hindurch. Die Forscher um Ming Wu haben die Schalter mit einer Technik, die auch zur Herstellung von Mikrochips verwendet wird, in ein Plättchen aus Silizium geätzt. Die 240 Schalter passen so auf eine Fläche, die so groß ist wie eine Briefmarke. "Unsere Schalter sind 10.000 Mal schneller als bisherige", sagt Wu. Die heute genutzten bestehen aus mikroskopisch kleinen Spiegeln, die mechanisch verstellt werden. Jede Bewegung dauert eine Zehntel Sekunde, "eine Ewigkeit verglichen mit den Geschwindigkeiten, mit denen optische Daten übertragen werden", so Wu. Die neuen Siliziumschalter benötigten dafür gerade einmal Bruchteile einer Millionstel Sekunde. Aus diesem Grund seien sie bestens geeignet für sehr schnelle Netzwerke.

Jeder einzelne „Lichtschalter“ ist wie eine mikroskopische Autobahnüberführung aufgebaut. Wenn der Schalter ausgeschaltet ist, durchläuft das Licht einen unteren Kanal (rote Linien). Wenn Sie den Schalter einschalten, wird eine kleine Rampe abgesenkt, und das Licht wird auf einen oberen Kanal gerichtet, um nach rechts abzubiegen (blaue Linien). Eine zweite Rampe senkt das Licht wieder ab. (Quelle: Tae Joon Seok)

 

Datenströme legen verstärkt zu

In Datenzentren befinden sich tausende Server. Elektrische Schalter regeln dort den Datenverkehr und sorgen dafür, dass sie am vorgegebenen Ziel ankommen und nicht irgendwo in den Weiten des Netzes verloren gehen. "Mit der Zunahme der Datenmengen stoßen wir an die Grenzen dessen, was elektrische Schalter leisten können. Außerdem erzeugen sie soviel Wärme, dass wir die Transistoren, die die Schaltleistungen vollbringen, nicht noch dichter packen können, trotz aller Kühlungsmaßnahmen", unterstreicht Wu.

 

Eine Weile könne man sich noch behelfen. Doch es müsse jetzt schon darüber nachgedacht werden, wie es weitergehe. Optische Schalter seien ideal, weil sie schnell sind, wenig Strom brauchen und keine Wärme erzeugen. Mechanisch bewegte Spiegel seien keine ideale Lösung, weil sie zu langsam seien und nicht zuverlässig genug, sodass die Gefahr bestünde, dass Informationen abhandenkommen.

(Quelle: pressetext.de)

 

Originalveröffentlichung:

https://news.berkeley.edu/2019/04/12/largest-fastest-array-of-microscopic-traffic-cops-for-optical-communications/

 

Siehe auch:

Berkeley http://berkeley.edu