सिलिकॉन फोटोनिक्स पिछले मीटर पर ठोकर खाता है

हमने पहले ही ऑप्टिक्स को घर में रखा है, लेकिन इसे प्रोसेसर पर रखना अभी भी समस्याग्रस्त है

अगर यह आपको लगता है कि आज हम एक तकनीकी क्रांति के कगार पर हैं, तो कल्पना कीजिए कि 1980 के दशक के मध्य में यह कैसा था। सिलिकॉन चिप्स ने ट्रांजिस्टर का उपयोग माइक्रोन में मापा जाने वाला एक विशेषता आकार के साथ किया। फाइबर ऑप्टिक सिस्टम दुनिया भर में कई ट्रिलियन बिट्स चला रहा है। सब कुछ संभव लग रहा था - आपको केवल फाइबर ऑप्टिक के माध्यम से डिजिटल सिलिकॉन लॉजिक, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और डेटा ट्रांसमिशन को संयोजित करने की आवश्यकता है।

इंजीनियरों ने कल्पना की कि कैसे इन सभी सफलता प्रौद्योगिकियों को विकसित करना और उस बिंदु पर परिवर्तित करना जारी रहेगा जहां फोटोनिक्स इलेक्ट्रॉनिक्स में विलय हो गया और धीरे-धीरे इसे बदल दिया गया। फोटोनिक्स आपको न केवल देशों के बीच बिट्स को स्थानांतरित करने की अनुमति देगा, बल्कि डेटा केंद्रों के अंदर, और यहां तक ​​कि कंप्यूटरों के अंदर भी। फाइबर ऑप्टिक चिप से चिप में डेटा स्थानांतरित करेगा - उन्होंने ऐसा सोचा। और यहां तक ​​कि चिप्स खुद भी फोटोनिक होंगे - कई लोग मानते थे कि अविश्वसनीय रूप से तेज़ तर्क वाले चिप्स किसी दिन इलेक्ट्रॉनों के बजाय फोटॉन का उपयोग करना शुरू कर देंगे।

स्वाभाविक रूप से, यह उस पर नहीं आया था। कंपनियों और सरकारों ने नए फोटोनिक घटकों और प्रणालियों के विकास में सैकड़ों मिलियन डॉलर खर्च किए, जो कि ऊतक भौतिकी का उपयोग करके डेटा केंद्रों में कंप्यूटर सर्वर रैक को एकीकृत करते हैं। और आज, ऐसे फोटोनिक डिवाइस वास्तव में कई डेटा केंद्रों में रैक कनेक्ट करते हैं। लेकिन यह वह जगह है जहां फोटोन बंद हो जाते हैं। रैक के अंदर, कम लागत वाले तांबे के तारों और उच्च गति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करके व्यक्तिगत सर्वर एक दूसरे से जुड़े होते हैं। और, ज़ाहिर है, धातु के कंडक्टर स्वयं बोर्डों पर रखे जाते हैं, प्रोसेसर के सभी तरीके।

खुद को सर्वर में प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने का प्रयास, फाइबर को सीधे प्रोसेसर को खिलाना, एक आर्थिक नींव पर आधारित थे। दरअसल, मार्केट रिसर्च कंपनी लाइटकाउंटिंग के मुताबिक, इथरनेट के लिए ऑप्टिकल ट्रांससीवर्स का मार्केट लगभग 4 बिलियन डॉलर प्रति वर्ष है, जो 2020 तक बढ़कर 4.5 बिलियन डॉलर और 50 मिलियन कंपोनेंट हो सकता है। लेकिन फोटोनिक्स ने डेटा सेंटर और प्रोसेसर में कंप्यूटर रैक को अलग करते हुए, इन आखिरी कुछ मीटरों को पास नहीं किया है।

हालांकि, इस तकनीक की विशाल क्षमता ने सपने का समर्थन करना जारी रखा। अब तक, तकनीकी मुद्दे महत्वपूर्ण बने हुए हैं। लेकिन अब, अंत में, डेटा सेंटर योजनाओं के बारे में नए विचार फोटॉन क्रांति को व्यवस्थित करने के लिए संभव तरीके पेश कर रहे हैं, जो बड़े डेटा की आमद को शामिल करने में मदद कर सकते हैं।




फोटॉन मॉड्यूल के अंदर

हर बार जब आप ऑनलाइन जाते हैं, डिजिटल टीवी देखते हैं या आज की डिजिटल दुनिया में लगभग कोई भी कार्य करते हैं, तो आप उस डेटा का उपयोग करते हैं जो ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल से होकर गुजरा हो। कार्य से ऑप्टिकल और डिजिटल मोड के बीच संकेत परिवर्तित करना है। ये डिवाइस ऑप्टिकल फाइबर के प्रत्येक छोर पर रहते हैं जो किसी भी बड़े क्लाउड सेवा या सोशल नेटवर्क के डेटा सेंटर के अंदर डेटा ड्राइव करता है। डिवाइस सर्वर रैक के शीर्ष पर स्थित स्विच में प्लग करते हैं और ऑप्टिकल सिग्नल को विद्युत संकेतों में बदल देते हैं ताकि वे उस रैक में कई सर्वर तक पहुंच सकें। ट्रांससेवर्स इन सर्वरों के डेटा को अन्य रैक तक या इंटरनेट पर स्विच के माध्यम से ट्रांसमिशन के लिए ऑप्टिकल सिग्नल में परिवर्तित करते हैं।

प्रत्येक ऑप्टिकल मॉड्यूल में तीन मुख्य घटक होते हैं: एक या अधिक ऑप्टिकल न्यूनाधिक के साथ एक ट्रांसमीटर, एक या अधिक फोटोडायोड के साथ एक रिसीवर, और सीएमओएस चिप्स जो डेटा को एनकोड और डिकोड करते हैं। साधारण सिलिकॉन बहुत खराब तरीके से प्रकाश उत्सर्जित करता है, इसलिए फोटॉन चिप्स से अलग एक लेजर द्वारा उत्पन्न होते हैं (हालांकि इसे उसी आवास में रखा जा सकता है)। लेजर बिट्स को चालू और बंद करके प्रतिनिधित्व नहीं करता है - यह हर समय चालू होता है, और बिट्स एक ऑप्टिकल न्यूनाधिक का उपयोग करके इसकी रोशनी के बीम में एन्कोडेड होते हैं।

यह न्यूनाधिक, ट्रांसमीटर का दिल, विभिन्न प्रकार का हो सकता है। विशेष रूप से सफल और सरल को माच-ज़ेन्डर मॉड्यूलेटर कहा जाता है। इसमें एक संकीर्ण सिलिकॉन वेवगाइड लेजर प्रकाश को निर्देशित करता है। वेवगाइड की शाखाएं दो में, और कुछ मिलीमीटर के बाद वे फिर से जुट जाती हैं। एक सामान्य स्थिति में, इस तरह के कांटे और कनेक्शन का प्रकाश उत्पादन पर कोई प्रभाव नहीं पड़ेगा, क्योंकि वेवगाइड के दोनों हाथों की लंबाई समान है। वापस कनेक्ट होने पर, प्रकाश तरंगें एक दूसरे के साथ चरण में रहती हैं। हालांकि, यदि एक शाखा पर एक विद्युत वोल्टेज लागू किया जाता है, तो यह अपने अपवर्तक सूचकांक को बदल देगा, जो प्रकाश की लहर को धीमा या तेज कर देगा। नतीजतन, दो तरंगों की बैठक के बाद, वे विनाशकारी रूप से एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करते हैं, सिग्नल को दबाते हैं। इसलिए, शाखा में वोल्टेज को अलग करके, हम ऑप्टिकल को मॉड्यूलेट करने के लिए एक विद्युत संकेत का उपयोग करते हैं।

रिसीवर सरल है: यह सिर्फ एक फोटोडायोड और इसके सहायक सर्किट हैं। प्रकाश, ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से गुजरता है, रिसीवर के जर्मेनियम या सिलिकॉन-जर्मेनियम फोटोडायोड तक पहुंचता है, जो वर्तमान का उत्पादन करता है - आमतौर पर हर प्रकाश नाड़ी को वोल्टेज में परिवर्तित किया जाता है।

मॉड्यूलेटर और रिसीवर को प्रवर्धन, पैकेट प्रसंस्करण, त्रुटि सुधार, बफरिंग और अन्य कार्यों द्वारा सेवित किया जाता है जिन्हें फाइबर के लिए गिगाबिट ईथरनेट मानक को पूरा करने के लिए संबोधित करने की आवश्यकता होती है। एक ही चिप पर या कम से कम एक ही आवास में कितने कार्य किए जाते हैं जो फोटोनिक्स का प्रबंधन करते हैं, निर्माता पर निर्भर करता है, लेकिन अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक तर्क फोटोनिक्स से अलग हो जाते हैं।


फोटोनिक्स कभी भी सिलिकॉन चिप के विभिन्न हिस्सों के बीच डेटा ट्रांसफर नहीं कर सकते हैं। ऑप्टिकल स्विच का परिपत्र ऑसिलेटर एक एकल ट्रांजिस्टर के रूप में एक ही कार्य करता है, लेकिन यह 10,000 गुना क्षेत्र लेता है।

अधिक से अधिक सिलिकॉन एकीकृत सर्किट हैं जिसमें ऑप्टिकल घटक होते हैं, और यह आपको यह सोच सकता है कि प्रोसेसर में फोटोनिक्स का एकीकरण अपरिहार्य था। और कुछ समय के लिए ऐसा सोचा गया था।

हालांकि, इलेक्ट्रॉनिक लॉजिक चिप्स के तेजी से आकार में कमी और उनके साथ बनाए रखने के लिए फोटोनिक्स की अक्षमता के बीच बढ़ती विसंगति को कम करके आंका गया है या अनदेखा किया गया है। आज, ट्रांजिस्टर में कई नैनोमीटर के विशिष्ट आयाम हैं। 7 एनएम CMOS तकनीक के साथ, प्रत्येक वर्ग माइक्रोमीटर पर सौ से अधिक सामान्य प्रयोजन तर्क ट्रांजिस्टर रखे जा सकते हैं। और हम अभी भी उनके ऊपर जटिल तांबे के तारों की भूलभुलैया का उल्लेख नहीं करते हैं। प्रत्येक चिप पर अरबों ट्रांजिस्टर की उपस्थिति के अलावा, इसमें एक दर्जन स्तर के धातु कनेक्शन भी होते हैं जो इन ट्रांजिस्टर को रजिस्टरों, मल्टीप्लायरों, अंकगणित-तर्क उपकरणों और अधिक जटिल संरचनाओं से जोड़ते हैं जो प्रोसेसर एसेस और अन्य आवश्यक सर्किट बनाते हैं।

समस्या यह है कि एक सामान्य ऑप्टिकल घटक, उदाहरण के लिए, एक न्यूनाधिक, प्रकाश की तरंग दैर्ध्य की तुलना में काफी छोटा नहीं किया जा सकता है जो इसे वहन करता है - जो इसकी न्यूनतम चौड़ाई को 1 माइक्रोमीटर तक सीमित करता है। कोई मूर का कानून इस सीमा को पार नहीं कर सकता। यह अधिक से अधिक उन्नत लिथोग्राफी प्रौद्योगिकियों का उपयोग करने का सवाल नहीं है। यह सिर्फ इतना है कि इलेक्ट्रॉनों - जिनकी तरंग दैर्ध्य कुछ नैनोमीटर है - दुबले हैं, और फोटॉन मोटे हैं।

लेकिन क्या निर्माता केवल मॉड्यूलेटर को एकीकृत कर सकते हैं और इस तथ्य के साथ आ सकते हैं कि चिप पर कम ट्रांजिस्टर होंगे? आखिरकार, उनमें से अरबों को पहले ही वहां रखा जा रहा है? वे नहीं कर सकते सिस्टम कार्यों की भारी संख्या के कारण जो कि एक सिलिकॉन इलेक्ट्रॉनिक चिप का प्रत्येक वर्ग माइक्रोमीटर प्रदर्शन कर सकता है, यह बहुत ही कम ट्रांजिस्टर को खराब-कामकाजी ऑप्टिकल घटकों के साथ बदलने के लिए बहुत महंगा होगा।

साधारण गिनती। मान लीजिए कि एक वर्ग माइक्रोमीटर पर औसतन 100 ट्रांजिस्टर स्थित हैं। फिर एक ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर, 10 माइक्रोन द्वारा 10 माइक्रोन के क्षेत्र पर कब्जा, सर्किट को बदल देता है, जिसमें 10,000 ट्रांजिस्टर होते हैं! याद रखें कि एक पारंपरिक ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर एकमात्र स्विच के रूप में कार्य करता है जो रोशनी को चालू और बंद करता है। लेकिन प्रत्येक ट्रांजिस्टर स्वयं एक स्विच के रूप में काम कर सकता है। इसलिए, मोटे तौर पर, सर्किट में इस आदिम फ़ंक्शन को शामिल करने की लागत 10,000: 1 है, क्योंकि प्रत्येक ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर के लिए 10,000 इलेक्ट्रॉनिक स्विच हैं जो सर्किट डिजाइनर द्वारा उपयोग किए जा सकते हैं। कोई भी निर्माता इतनी उच्च लागत को स्वीकार नहीं करेगा, यहां तक ​​कि गति और दक्षता में एक ठोस वृद्धि के बदले, जो सीधे प्रोसेसर में मॉड्यूलेटर के एकीकरण से प्राप्त किया जा सकता है।

फोटोनिक्स के साथ चिप्स पर इलेक्ट्रॉनिक्स को बदलने के विचार में अन्य कमियां हैं। उदाहरण के लिए, चिप महत्वपूर्ण कार्य करता है, जैसे कि मेमोरी के साथ काम करना, जिसके लिए ऑप्टिक्स की कोई क्षमता नहीं है। कंप्यूटर चिप के बुनियादी कार्यों के साथ फोटॉन बस असंगत होते हैं। और ऐसे मामलों में जहां यह मामला नहीं है, यह एक ही चिप पर ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक घटकों के बीच एक प्रतियोगिता की व्यवस्था करने का कोई मतलब नहीं है।


डेटा सेंटर की योजना।
आज (बाएं), फोटोनिक्स एक बहु-स्तरीय नेटवर्क पर डेटा प्रसारित करता है। इंटरनेट कनेक्शन शीर्ष (मुख्य) स्तर पर है। स्विच फाइबर डेटा को ऊपरी रैक स्विच में स्थानांतरित करता है।
कल (दाईं ओर) फोटोनिक्स डेटा केंद्रों की वास्तुकला को बदलने में सक्षम होगा। एक रैक-स्केल आर्किटेक्चर कंप्यूटर को मेमोरी से भौतिक रूप से अलग करके और इन संसाधनों को एक ऑप्टिकल नेटवर्क पर जोड़कर डेटा केंद्रों को अधिक लचीला बना सकता है।

लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि ऑप्टिक्स प्रोसेसर, मेमोरी और अन्य प्रमुख चिप्स के करीब नहीं पहुंच पाएंगे। आज, डेटा केंद्रों में ऑप्टिकल संचार बाजार टॉप-ऑफ-रैक स्विच (TORs) के चारों ओर घूमता है, जिसमें ऑप्टिकल मॉड्यूल शामिल हैं। दो-मीटर रैक के शीर्ष पर, जिसमें सर्वर, मेमोरी और अन्य संसाधन स्थापित होते हैं, फाइबर स्विच की एक अलग परत के माध्यम से टीओआर को एक साथ जोड़ता है। और वे स्विच के दूसरे सेट से जुड़े होते हैं जो डेटा सेंटर की इंटरनेट एक्सेस का निर्माण करते हैं।

विशिष्ट टीओआर पैनल, जहां ट्रांसीवर अटके हुए हैं, डेटा की गति का अंदाजा लगाते हैं। प्रत्येक टीओआर एक ट्रांसीवर से जुड़ता है, और वह बदले में, दो ऑप्टिकल केबलों (ट्रांसमिशन के लिए एक, रिसेप्शन के लिए दूसरा) से जुड़ता है। 45 मिमी की ऊंचाई के साथ टीओआर में, 32 मॉड्यूल सम्मिलित किए जा सकते हैं, जिनमें से प्रत्येक दोनों दिशाओं में 40 Gbit / s की गति से डेटा संचारित करने में सक्षम है, जिसके परिणामस्वरूप डेटा 2.56 Tbit / s की गति से दो रैक के बीच प्रेषित किया जा सकता है।

हालांकि, रैक के भीतर और सर्वर के भीतर, डेटा अभी भी तांबे के तारों से बहता है। और यह बुरा है, क्योंकि वे तेज और अधिक ऊर्जा-कुशल प्रणालियों के निर्माण के लिए एक बाधा बन जाते हैं। अंतिम मीटर (या मीटर के एक जोड़े) के ऑप्टिकल समाधान - सर्वर या यहां तक ​​कि प्रोसेसर से सीधे प्रकाशिकी को जोड़ना - संभवतः ऑप्टिकल घटकों के लिए एक विशाल बाजार बनाने का सबसे अच्छा अवसर है। लेकिन तब तक, कीमतों के क्षेत्र और प्रदर्शन के क्षेत्र में गंभीर बाधाओं को दूर किया जाना चाहिए।

"फाइबर टू द प्रोसेसर" योजनाएं नई नहीं हैं। अतीत हमें उनकी लागत, विश्वसनीयता, ऊर्जा दक्षता और चैनल की चौड़ाई के बारे में कई सबक देता है। लगभग 15 साल पहले, मैंने एक प्रायोगिक ट्रान्सीवर के डिजाइन और निर्माण में भाग लिया, जिसने बहुत अधिक बैंडविड्थ का प्रदर्शन किया। प्रदर्शन ने एक प्रोसेसर के साथ 12 ऑप्टिकल कोर के एक केबल को जोड़ा। प्रत्येक कोर एक ऊर्ध्वाधर गुंजयमान यंत्र (VCSEL) के साथ चार सतह उत्सर्जक लेजर द्वारा अलग से उत्पन्न डिजिटल संकेतों को प्रेषित करता है। यह चिप की सतह से प्रकाश उत्सर्जित करने वाला एक लेजर डायोड है, और प्रकाश में पारंपरिक लेजर डायोड की तुलना में अधिक घनत्व होता है। चार वीसीएसईएल ने प्रकाश को चालू और बंद करके बिट्स को एन्कोड किया, और उनमें से प्रत्येक ने उसी कोर में अपनी आवृत्ति पर काम किया, जिसने चैनलों के मोटे स्पेक्ट्रल मल्टीप्लेक्सिंग के कारण इसके थ्रूपुट को चौपट कर दिया । इसलिए, यदि प्रत्येक VCSEL ने 25 Gbit / s की डेटा स्ट्रीम का उत्पादन किया, तो सिस्टम का कुल प्रवाह 1.2 Tbit / s तक पहुंच गया। आज, 12-तार केबल में आसन्न तारों के बीच की दूरी के लिए उद्योग मानक 0.25 मिमी है, जो 0.4 टीबीपीएस / मिमी के थ्रूपुट घनत्व देता है। दूसरे शब्दों में, 100 सेकंड में प्रत्येक मिलीमीटर एक महीने में यूएस कांग्रेस लाइब्रेरी वेब आर्काइव स्टोर के रूप में अधिक डेटा संसाधित कर सकता है।

आज, प्रकाशिकी से प्रोसेसर तक डेटा स्थानांतरित करने के लिए भी उच्च गति की आवश्यकता होती है, लेकिन शुरुआत खराब नहीं थी। इस तकनीक को क्यों स्वीकार नहीं किया जाता है? आंशिक रूप से क्योंकि यह प्रणाली पर्याप्त और अव्यवहारिक दोनों विश्वसनीय नहीं थी। उस समय, ट्रांसमीटर के लिए 48 वीसीएसईएल को गढ़ना और यह सुनिश्चित करना बहुत मुश्किल था कि इसके जीवनकाल के दौरान कोई विफलता नहीं हुई। एक महत्वपूर्ण सबक यह था कि कई मॉड्यूलेटर वाले एक लेजर को 48 लेजर की तुलना में बहुत अधिक विश्वसनीय बनाया जा सकता है।

आज, वीसीएसईएल की विश्वसनीयता इतनी बढ़ गई है कि इस तकनीक का उपयोग करने वाले ट्रांससीवर्स का उपयोग डेटा केंद्रों में कम दूरी के समाधान में किया जा सकता है। ऑप्टिकल कोर को मल्टीकोर ऑप्टिक्स से बदला जा सकता है जो समान मात्रा में डेटा ले जाते हैं, उन्हें मुख्य फाइबर के अंदर अलग-अलग थ्रेड पर पुनर्निर्देशित करते हैं। हाल ही में, डिजिटल डेटा को प्रसारित करने के लिए और अधिक जटिल मानकों को लागू करना भी संभव हो गया है - उदाहरण के लिए, PAM4 , जो दो नहीं बल्कि प्रकाश शक्ति के चार मूल्यों का उपयोग करके डेटा ट्रांसफर दर को बढ़ाता है। प्रकाशिकी से प्रोसेसर तक डेटा ट्रांसमिशन सिस्टम में बैंडविड्थ घनत्व को बढ़ाने के लिए अध्ययन चल रहे हैं - उदाहरण के लिए, एमआईटी से शाइन कार्यक्रम 15 साल पहले की तुलना में 17 गुना अधिक घनत्व प्राप्त करने की अनुमति देता है।

ये सभी काफी महत्वपूर्ण सफलताएं हैं, लेकिन एक साथ लिया गया है, वे फोटोनिक्स को प्रोसेसर की ओर अगला कदम उठाने की अनुमति देने के लिए पर्याप्त नहीं होंगे। हालाँकि, मुझे अभी भी लगता है कि इस तरह का कदम संभव है - क्योंकि अब डेटा सेंटरों के सिस्टम आर्किटेक्चर को बदलने का आंदोलन जोर पकड़ रहा है।

आज, प्रोसेसर, मेमोरी और स्टोरेज सिस्टम को तथाकथित में इकट्ठा किया जाता है ब्लेड सर्वर , जिनके विशेष बाड़े रैक में स्थित हैं। लेकिन यह आवश्यक नहीं है। सर्वर में चिप्स पर मेमोरी रखने के बजाय, इसे अलग से रखा जा सकता है - उसी पर, या किसी अन्य रैक पर भी। यह माना जाता है कि इस तरह के रैक-स्केल आर्किटेक्चर (आरएसए) कंप्यूटिंग संसाधनों का अधिक कुशलता से उपयोग कर सकते हैं, खासकर फेसबुक जैसे सामाजिक नेटवर्क के लिए, जहां समस्याओं को हल करने के लिए आवश्यक कंप्यूटिंग और मेमोरी की मात्रा समय के साथ बढ़ती है। यह उपकरण की सेवा और प्रतिस्थापन के कार्य को भी सरल करता है।

यह कॉन्फ़िगरेशन फोटॉनिक्स को गहराई तक घुसने में मदद क्यों करता है? क्योंकि यह कॉन्फ़िगरेशन परिवर्तन और संसाधनों के गतिशील आवंटन की ऐसी सरलता है कि आप कुशल, सस्ती ऑप्टिकल स्विच की एक नई पीढ़ी के लिए धन्यवाद दे सकते हैं जो प्रति सेकंड कई टेराबाइट्स को संचारित करते हैं।


प्रकाशिकी को सीधे प्रोसेसर से जोड़ने की तकनीक 10 से अधिक वर्षों से मौजूद है

डेटा केंद्रों में इस बदलाव के लिए मुख्य बाधा घटकों और उनके उत्पादन की लागत है। सिलिकॉन फोटोनिक्स में पहले से ही एक लागत लाभ है - यह मौजूदा उत्पादन सुविधाओं, एक विशाल चिप निर्माण बुनियादी ढांचे और इसकी विश्वसनीयता का लाभ उठा सकता है। हालांकि, सिलिकॉन और प्रकाश अपूर्ण रूप से संयोजित होते हैं: प्रकाश के उत्सर्जन में अक्षमताओं में हस्तक्षेप करने के अलावा, सिलिकॉन घटक बड़े प्रकाश नुकसान से पीड़ित होते हैं। एक विशिष्ट सिलिकॉन ऑप्टिकल ट्रान्सीवर 10 dB (90%) का ऑप्टिकल नुकसान दर्शाता है। यह अक्षमता टीओआर स्विच के बीच कम कनेक्शन के लिए मायने नहीं रखती है, क्योंकि अभी तक सिलिकॉन की संभावित लागत का लाभ इसके नुकसान को दर्शाता है।

एक सिलिकॉन ऑप्टिकल मॉड्यूल की लागत का एक महत्वपूर्ण हिस्सा एक ऑप्टिकल कनेक्शन के रूप में एक मामूली लेकिन महत्वपूर्ण विवरण है। यह ऑप्टिकल फाइबर और रिसीवर या ट्रांसमीटर, और फाइबर के बीच संबंध का भौतिक संबंध है। हर साल, लाखों ऑप्टिक्स-ऑप्टिक्स कनेक्टर्स को उच्चतम परिशुद्धता के साथ निर्मित किया जाना है। इस सटीकता की कल्पना करने के लिए, ध्यान दें कि एक मानव बाल का व्यास आमतौर पर ऑप्टिकल केबल को जोड़ने के लिए उपयोग किए जाने वाले 125 माइक्रोन के क्वार्ट्ज ग्लास फाइबर के एकल स्ट्रैंड के व्यास से थोड़ा छोटा होता है। जिस सटीकता के साथ कनेक्टर में फाइबर को संरेखित करना आवश्यक है, वह 100 एनएम के क्रम का है - मानव बाल की मोटाई का एक हजारवां हिस्सा - या संकेत बहुत अधिक फीका हो जाएगा। उच्च सटीकता और कम लागत के लिए बढ़ती ग्राहक मांगों को पूरा करने के लिए दो केबलों के लिए विनिर्माण कनेक्टर के लिए और एक ट्रांसीवर से कनेक्ट करने के लिए अभिनव तरीकों को विकसित करना आवश्यक है। हालांकि, बहुत कम विनिर्माण प्रौद्योगिकियां हैं जो विनिर्माण को काफी सस्ती बनाती हैं।

लागत को कम करने का एक तरीका ऑप्टिकल मॉड्यूल के चिप्स की लागत को कम करना है। यहां पूरे सब्सट्रेट ( वेफर-स्केल एकीकरण , डब्ल्यूएसआई) के स्तर पर सिस्टम को लागू करने की तकनीक मदद कर सकती है।इस तकनीक का उपयोग करते हुए, फोटोनिक्स को एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर रखा जाता है, दूसरे पर इलेक्ट्रॉनिक्स, और फिर सबस्ट्रेट्स जुड़े होते हैं (एक लेजर सिलिकॉन से बना नहीं है, लेकिन एक और अर्धचालक का, अलग रहता है)। यह दृष्टिकोण उत्पादन लागत को बचाता है, क्योंकि यह समानांतर उत्पादन और विधानसभा के लिए अनुमति देता है।

लागत में कमी का एक अन्य कारक, निश्चित रूप से, उत्पादन की मात्रा है। मान लीजिए कि पूरे ऑप्टिकल गीगाबिट ईथरनेट बाजार में प्रति वर्ष 50 मिलियन ट्रांसीवर हैं, और प्रत्येक ऑप्टिकल ट्रान्सीवर चिप 25 मिमी वर्ग में है। यह मानते हुए कि कारखाने अपने उत्पादन के लिए 200 मिमी के व्यास के साथ सब्सट्रेट का उपयोग करते हैं, और फिर 100% निर्मित उत्पादों का उपयोग किया जाता है, इस बाजार के लिए 42,000 सब्सट्रेट की आवश्यकता होती है।

यह एक बड़ी संख्या की तरह लग सकता है, लेकिन यह आंकड़ा वास्तव में एक ठेठ कारखाने में केवल दो सप्ताह के काम का वर्णन करता है। वास्तव में, ट्रांससीवर्स का कोई भी निर्माता उत्पादन के कुछ दिनों में बाजार का 25% कब्जा कर सकता है। यदि हम वास्तव में लागत कम करना चाहते हैं तो वॉल्यूम बढ़ाने का एक तरीका होना चाहिए। ऐसा करने का एकमात्र तरीका यह है कि सर्वर में प्रोसेसर के ठीक नीचे, टीओआर स्विच के नीचे फोटोनिक्स का उपयोग कैसे किया जाए।

यदि सिलिकॉन फोटोनिक्स कभी भी प्रवेश करता है, जहां सभी इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम काम करते हैं, तो तकनीकी और आर्थिक कारणों को प्रकट करना होगा। घटकों को सभी महत्वपूर्ण समस्याओं को हल करना होगा और सिस्टम को पूरी तरह से सुधारना होगा। वे छोटे, ऊर्जा-कुशल और अत्यंत विश्वसनीय होने चाहिए, और डेटा को बहुत तेज़ी से संचारित करना चाहिए।

आज, इन सभी आवश्यकताओं को पूरा करने वाला एक समाधान मौजूद नहीं है, इसलिए इलेक्ट्रॉनिक्स ऑप्टिक्स के साथ एकीकरण के बिना विकसित करना जारी रखेगा। गंभीर सफलताओं के बिना, मोटे फोटॉन को सिस्टम के उन स्थानों पर नहीं मिलेगा जहां दुबला इलेक्ट्रॉनों का वर्चस्व होता है। हालांकि, अगर बहुत कम मात्रा में ऑप्टिकल घटकों को बहुत बड़ी मात्रा में मज़बूती से उत्पादित किया जा सकता है, तो ऑप्टिक्स को एक प्रोसेसर और इसके जुड़े आर्किटेक्चर से जोड़ने के बारे में कई दशकों पुराना सपना एक वास्तविकता बन सकता है।

पिछले 15 वर्षों में, हमने महत्वपूर्ण प्रगति की है। हम ऑप्टिकल प्रौद्योगिकियों में बेहतर हैं और जहाँ वे डेटा केंद्रों में उपयोग नहीं किए जा सकते हैं। ऑप्टिकल घटकों के लिए एक मजबूत बहु-अरब डॉलर का वाणिज्यिक बाजार विकसित किया गया है। ऑप्टिकल कनेक्टर वैश्विक सूचना संरचना का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बन गए हैं। हालांकि, इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के बहुत दिल में बड़ी संख्या में ऑप्टिकल घटकों को एकीकृत करना अव्यावहारिक है। लेकिन क्या ऐसा ही रहेगा? मुझे नहीं लगता।