De fotonische chip lijkt onmisbaar voor het zuiniger maken van datacenters, het versnellen van onze communicatie en het produceren van miljoenen sensoren. Nederlandse bedrijven willen een belangrijke rol spelen bij de doorbraak van deze technologie.
De silicium chips in onze computers en mobiele telefoons zijn de afgelopen vijftig jaar met exponentiële snelheid kleiner en krachtiger geworden, volgens de beroemde Wet van Moore. Nu het einde van die wetmatigheid in zicht komt, hebben we heel snel een andere technologie nodig. Gelukkig is die er en zijn we er in Nederland nog goed in ook: de fotonica.
Daarbij draait het niet om elektrische stroompjes, maar om het verplaatsen en manipuleren van fotonen, oftewel licht. En dat heeft grote voordelen: de datastromen zijn sneller, de onderdelen zijn probleemloos dicht op elkaar te proppen en de verliezen over grote afstand zijn veel lager. Bovendien passen optische componenten die licht manipuleren inmiddels op chips van een paar millimeter.
Steeds meer data
Het feit dat ze met de lichtsnelheid bewegen, maakt fotonen erg geschikt voor het versturen van data met hoge snelheden door glasvezels. Maar licht heeft nóg een groot voordeel: je kunt niet alleen tientallen verschillende signalen tegelijk versturen door verschillende golflengtes te gebruiken in hetzelfde glasvezelkanaal, maar meerdere van die kanaaltjes zijn ook goed parallel te laten lopen zonder dat er ongewenste interferentie tussen kanalen optreedt. Bij elektrische baantjes heb je daar wel last van.
Vanwege alle voordelen maken datacenters al jaren gebruik van optische signalen in glasvezels. Optische onderdelen worden nu op chips geïntegreerd omdat we met zijn allen steeds meer data gebruiken. Het internet blijft groeien en we plaatsen steeds meer gegevens in de cloud.
Parallelle paden
‘Voor die hogere datarates heb je meer parallelle paden nodig waar het licht doorheen loopt’, vertelt Chief Technology Officer dr. ir. Luc Augustin van SMART Photonics, een bedrijf in Eindhoven dat fotonische chips produceert. ‘Meer parallelle paden betekent meer lichtbronnen, meer lasers dus, en de enige oplossing is dan om componenten te integreren op een chip.’
Hierdoor wordt het versturen en opvangen van lichtsignalen veel compacter, goedkoper en energie-efficiënter. Dit maakt het aantrekkelijker voor datacenters, waar oppervlak, energie en kosten cruciale factoren zijn.
Fotonische chips
Onderzoekers aan universiteiten maken fotonische chips al in kleine aantallen en ook grote bedrijven zijn er inmiddels mee bezig. Maar het loont voor hen nog niet om een eigen fabriek op te zetten. Als ze het ontwerp van een chip daadwerkelijk willen laten maken, nemen ze contact op met SMART Photonics.
Bouwblokken
Hoe ziet zo’n fotonische chip er uit? Kort gezegd is het een plakje halfgeleidermateriaal met allerlei fijne structuren erin. Het licht dat door de chip loopt, wordt door die structuurtjes gemanipuleerd: lichtsignalen worden gesplitst, de bocht om gestuurd of uiteengerafeld in verschillende golflengtes. De onderdeeltjes die daarvoor zorgen, zitten gepropt op een chip van een paar millimeter lang en breed (zie de foto rechts).
SMART Photonics lanceerde een paar jaar terug een nieuwe ontwerp- en maakmethode, die is gebaseerd op een aantal basisbouwblokken om chips mee samen te stellen. ‘De klant hoeft de fysica van de chip niet echt te begrijpen om met onze ontwerpsoftware aan de slag te kunnen’, zegt Augustin. ‘Op het moment dat een chipje werkt in onze software, kun je het meteen in productie nemen. Dat betekent dat de early adopters een voorsprong kunnen nemen die lastig is in te halen’, zegt Richard Visser, CEO van SMART Photonics.
Als een klant zijn ontwerp voor een nieuwe fotonische chip af heeft, stuurt hij het naar SMART Photonics. Daar wordt elke paar maanden een productieronde gedraaid, waarbij een plak indiumfosfide zo goed mogelijk wordt gevuld met de ontwerpen van verschillende bedrijven. ‘Dat betekent dat die bedrijven niet hoeven te wachten tot ze voldoende vraag hebben om in hun eentje zo’n hele plak te vullen. De kosten voor de eerste prototypes gaan zo omlaag van tonnen naar een paar duizend euro’, zegt Augustin.
Dit is een fragment van een groter verhaal in het juninummer van De Ingenieur. Wilt u de papieren edities van De Ingenieur eens proberen? Neem dan een proefabonnement voor 25 euro.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.