Intel è un'azienda conosciuta dalla maggior parte degli utenti per le sue CPU: fondata nel 1968 da Gordon E. Moore e Robert Noyce, la società nord-americana ha fatto dello sviluppo tecnologico la propria fortuna, diventando nel corso degli anni '90 sinonimo della parola Personal Computer. Come la totalità della aziende impegnate nello sviluppo di soluzioni tecnologiche, anche Intel investe buona parte delle proprie risorse nel reparto R&D (Research and Development, Ricerca e Sviluppo): è qui infatti che le soluzioni future vengono studiate, provate e diventano poi i prodotti finali.

Come avevamo riportato in questa occasione, Intel si è da tempo dedicata a importanti studi e ricerche circa la fotonica e la sua applicazione con il silicio. La società nord-americana si è infatti specializzata nel corso dei decenni sulla lavorazione del silicio, sulle sue possibili applicazioni e sulla produzione in larga scala di soluzioni basate proprio su questo minerale.

Prima di procedere oltre, però, proviamo a spiegare cos'è la fotonica: "La fotonica è una branca dell'ottica che studia il modo di controllare la propagazione dei singoli fotoni che compongono la luce. È una disciplina strettamente collegata all'ottica quantistica che studia le proprietà fisiche dei fotoni. In effetti non esiste una linea di demarcazione netta fra fotonica, ottica quantistica e microfotonica. La fotonica così com'è conosciuta oggi nasce nel 1960 con l'invenzione dei laser e, negli ultimi anni, ha conosciuto un notevole sviluppo dovuto alla scoperta dei cristalli fotonici". Questa è la definizione che il dizionario riporta di fianco alla parola Fotonica.

Nel caso specifico Intel si è concentrata sull'impiego della fotonica come tecnica per gestire lo scambio di informazioni tra diversi componenti, siano essi processori o normali controller. L'occasione di parlare della fotonica e delle sue applicazioni arriva in relazione all'annuncio dello sviluppo di un prototipo capace di rappresentare il primo collegamento dati al mondo basato su ottica in silicio con laser integrati, impiegando tecnologia ibrida silicio - laser. Nelle prossime pagine cercheremo di andare a spiegare quale sia la struttura che caratterizza la nuova soluzione sviluppata da Intel e, soprattutto, quali risvolti questa possa avere sul mercato.

L'annuncio fatto da Intel è incentrato sulla realizzazione di un sistema di collegamento prototipale capace di utilizzare i fasci di luce come sostituti degli elettroni nella funzione del trasporto delle informazioni tra diversi componenti del sistema. Il prototipo si basa sull'utilizzo della fotonica applicata al silicio. Ma perchè è necessario implementare un simile sistema di collegamento?

Perchè i comuni sistemi di collegamento basati sull'impiego del rame, stanno raggiungendo il limite fisico. La costante crescita dei sistemi di storage e la necessità di spostare importanti volumi di dati, così come la crescente diffusione dei contenuti in alta definizione, costringe le aziende che si occupano dello sviluppo di soluzioni tecnologiche a ricercare di nuove interfacce di collegamento, sempre più performanti e capaci di rispondere alle esigenze del mercato. Con l'impiego delle tecnologie attuali, la barriera dei 10Gbps è proibitiva e rappresenta, secondo molti, il punto di arrivo. Ecco dove l'implementazione della fotonica e della fibra ottica diventa necessaria e fondamentale. L'impiego del rame, inoltre pone importanti limiti in termini di distanza: il deterioramento del segnale e la conseguente velocità di trasferimento dei segnali è uno dei principali problemi.

Pensiamo ai componenti di un computer: processore e chipset sono collegati tra di loro attraverso piste di rame su circuiti stampati; a causa del deterioramento del segnale, questi componenti devono essere posizionati a pochi centimetri l'uno dall'altro. L'implementazione della fotonica sul silicio potrebbe quindi andare a risolvere questi problemi. Fino ad oggi però l'utilizzo di tale tecnologia avrebbe però comportato un effetto collaterale su tutti: i costi di produzione.

Il processo di sviluppo del laser, impiegato nella fotonica per la trasmissione dei dati, ha camminato di pari passo alla tecnologia del silicio. Scoperto 50 anni fa da Ted Maiman, il laser negli ultimi 50 anni ha infatti trovato applicazione in molti scenari di utilizzo, dalle realtà industriali all'ambito medicale: quello che ne ha ancora impedito l'impiego su vasta scala è il costo di produzione, ancora molto elevato. Intel è convinta, e il prototipo che andremo ad osservare ne è l'esempio, che l'unione tra la tecnologia del silicio e quella laser rappresenti la formula migliore per poter portare i vantaggi della fotonica sul mercato.

Il prototipo di collegamento, al momento destinato solo a scopi di ricerca, si caratterizza per la possibilità di trasportare fino a 50 Gigabit di dati in un secondo garantendo sensibili vantaggi rispetto al rame. La soluzione è formata da un trasmettitore e un ricevitore, entrambi prodotti in silicio. La scelta di impiegare questo materiale non è casuale e risponde alle esigenze di riduzione dei costi di produzione: implementando all'interno del silicio i principali componenti, come ad esempio il laser ibrido, Intel è in grado di sfruttare la propria tecnologia produttiva per fornire soluzioni a basso costo.

Andando ad analizzare sommariamente la struttura del trasmettitore è possibile notare quattro laser, la luce prodotta passa poi attraverso altrettanti modulatori che hanno il compito di codificare i dati con una velocità di 12,5 Gbps. I fasci vengono poi uniti dal Multiplexer e inviati attraverso la fibra ad una velocità di 50Gbps al ricevitore. Questo componente si fa carico di ricevere il flusso luminoso, separare i quattro fasci e riconvertirli in segnale elettrico, ricostruendo così fedelmente il flusso dati. Una tecnologia chiave all'interno di questo prototipo è rappresentata dall'Hybrid Silicon Laser, frutto di un lavoro di ricerca tra UCSB (University of California, Santa Barbara) e Intel stessa. Ecco nel dettaglio come si presenta la struttura del nuovo prototipo:

L'impiego di questa soluzione, al momento, consente di garantire una velocità di trasferimento dati pari a 50Gbps. Osservando la struttura, è però facile intuire come, grazie ad una architettura estremamente parallelizzata, sia molto semplice poter incrementare la velocità: semplicemente impiegando due trasmettitori, o aumentando il numero dei modulatori lato trasmettitore e dei photodetector lato ricevitore, sarà possibile raggiungere 1Tbps. I vantaggi che derivano da una simile possibilità di parallelizzazione trovano riflesso diretto, economicamente parlando, laddove sia necessario implementare importanti infrastrutture di Input/Output, come ad esempio i data-center. La parallelizzazione estrema dei canali di comunicazione, in questo senso, è la chiave che Intel gioca con questo tipo di soluzione per abbassare i costi. Con questo video che proponiamo a seguire Intel spiega le basi del funzionamento di Silicon Photonics Link:

Abbiamo, nel corso delle pagine precedenti, sottolineato perchè l'impiego della fotonica si renderà necessario in un prossimo futuro. Il prototipo denominato Silicon Photonics Link arriverà, secondo quanto dichiarato da Mario Paniccia, Intel Fellow e Direttore del reparto di ricerca dedicato alla fotonica in Intel, tra 2/3 anni e diventerà una realtà mainstream sui prodotti di largo consumo nel corso del 2015.

Intel ci tiene inoltre a specificare una cosa fondamentale: Silicon Photonics Link, differisce sensibilmente dalla tecnologia Light Peak già mostrata diverso tempo addietro: quest'ultimo progetto, nonostante fa sempre parte della strategia I/O di Intel rappresenta una soluzione destinata a portare una connessione ottica multiprotocollo a 10Gbps nelle piattaforme Intel per applicazioni più a breve termine e non ha niente a che vedere con la tecnologia Fotonica. La soluzione Silicon Photonics Link è invece dedicata ad un mercato futuro, e caratterizzata soprattutto dalla possibilità di poter contare su una massiva parallelizzazione dei canali di comunicazione per raggiungere larghezze di banda anche di 1Tbps.

L'avvento sul mercato della stereoscopia e dell'alta definizione rappresenta un interessante scenario che Intel analizza per mostrare come la larghezza di banda, soprattutto negli anni a venire risulterà di fondamentale importanza. La tabella mette in evidenza quali siano le richieste in termini di Gbps in corrispondenza dell'aumento di risoluzione e di refresh: il limite, oggi viene già quasi raggiunto quando si riproduce un contenuto Full-HD in modalità stereoscopica. L'avvento di risoluzioni ancora più elevate (lo scenario dipinto nel caso specifico è ovviamente futuro), non farà altro che andare ad incrementare queste richieste: la necessità di migrare verso una tecnologia diversa sarà quindi fisiologica. Un collegamento capace di raggiungere una velocità di 50Gbps, consentirà inoltre di poter scaricare un film in HD in 1 secondo: nello stesso arco di tempo sarà possibile scaricare 100 ore di musica o 1000 foto ad alta risoluzione.

Parallelamente ai contenuti in alta definizione, anche il resto del mercato ha esigenze che continuano a crescere in modo esponenziale. La diffusione a macchia d'olio delle periferiche di registrazione come ad esempio le videocamere, i telefonini o le fotocamere digitali portano ad una media di 54GB di file immagazzinati per ogni PC. Tralasciando il fatto che, se state leggendo queste parole, il vostro hard disk sarà sicuramente più pieno, il dato mostra come l'esigenza di avere a disposizione collegamenti capaci di andare oltre al limite fisico offerto dal rame. Certo, viene da obbiettare che, senza l'impiego di soluzioni di storage più performanti degli attuali hard disk un tipo di collegamento del genere sarebbe inutile, ma stiamo ovviamente parlando di scenari futuri e la tecnologia non è famosa certo per progredire lentamente. Concludiamo l'articolo lasciandovi ad un video in cui Mario Paniccia, Intel Fellow e Direttore del reparto di ricerca dedicato alla fotonica in Intel, offre una sintesi di come il Silicon photonic link funziona: