Licht: de ziel van een nieuwe machine

In de kerstvakantie-editie van het tijdschrift "de Ingenieur" staat een zeer uitgebreid artikel over fotonica. Van dit artikel, wat nu terug te vinden is op de site van de Ingenieur in de vorm van een pdf-bestand, behandelen we een klein stukje. Het artikel gaat dieper op zaken zoals de werking van optische transistoren en optische routering.

Fotonica is het vakgebied van de optische chips. Onderzoekers van de TU Delft en TU Eindhoven werken samen aan zo'n optische chip. De eerste versie was zo groot als een schoenendoos en deze hebben ze inmiddels kunnen verkleinen tot 1 cm². Hoewel niet elke wetenschapper erin gelooft, is het licht aan een opmars begonnen in de informatietechnologie. Optische vezels - bestaande uit glas of plastic - zijn vrijwel transparant voor infrarood licht met een golflengte van 1550 nm. Doordat de wanden reflecterend zijn, kaatsen de verspreidende lichtsignalen nagenoeg allemaal terug. Hierdoor werkt de vezel als een buis van licht en kunnen deze buizen een enorme hoeveelheid data aan. Laboratoria bereiken snelheden van 40Gb tot enkele Tb per seconde terwijl er geen sprake is van ruis of stroomverlies, zoals bij koperdraden.

In een glasvezel wordt er gebruik gemaakt van een serie verschillende golflengten voor het versturen van meerdere datastromen. Dit proces staat bekend onder de naam Wavelength Division Multiplexing (WDM). Om WDM toe te kunnen passen zijn er wel golflengtevaste lichtbronnen nodig zoals lasers, en methoden om de verschillende kanalen via één vezel tegelijk te versturen. Verder moet het signaal bij aankomst ook weer uitgesplitst worden, en al deze componenten zijn voorlopig nog behoorlijk kostbaar. En omdat er sprake is van een nieuwe techniek, zijn er ook nog allerlei kinderziektes aanwezig. Allemaal redenen waarom de race voor optische chips in volle gang is:

"Het versturen van data in netwerken en het schakelen in transistoren stuit op fundamentele grenzen. Het nog sneller rondpompen van steeds meer elektronen kost enorm veel weerstand. Wie er in slaagt een lichtpuls stil te zetten in een fotonisch kristal, legt de basis voor een schakeltechniek, waarmee een rekentuig te bouwen is, dat één miljoen maal krachtiger is dan de snelste elektronische chip. Licht: de ziel van een nieuwe machine."

"Een groot voordeel van volledig optische chips is het omzeilen van de elektronische fase in de signaalverwerking. "

"Een volledig optische computer, ik denk niet dat die er zal komen, de sterkte van optische technieken zit veel meer in het datatransport, glasvezelnetwerken en later ook in computeronderdelen", aldus prof dr Alfred Driessen van universiteit Twente.

Verwijderd was zeer enthousiast over dit artikel en verplichtte het ons om het te plaatsen. Wat wij uiteraard met plezier hebben gedaan.

Reacties (50)

[koffercomputer]

Een volledig optische computer, ik denk niet dat die er zal komen,

Zeiden ze ooit ook niet zoiets van "wagens zonder paard", en "verlichting zonder vuur"? Ik denk dat optische computers in de nabije toekomst toch realiteit zullen worden, puur omdat het kan.

[PuzzleSolver]

Ik denk meer dat hij doelt op het feit dat licht niet overal beter voor is. Dus zul je waarschijnlijk een combinatie krijgen van electronica en fotonica waarbij elk datgene doet waar het 't meest geschikt voor is.

[Confusion]

Dat denk ik niet. De fotonica gaat momenteel met rasse schreden vooruit. De eerste volledig optische router is er bijvoorbeeld al.

[PuzzleSolver]

Volgens mij moet de eerste optische processor nog gemaakt/uitgevonden worden. Ik weet niet wat deze router routeerd maar een tcp router zal der nog niet in zitten. Er zijn een hoop dingen nl. nog niet helemaal gerealiseerd zoals geheugen cellen etc. Verder zijn een aantal componenten gewoonweg (nog) veel groter dan hun electronische tegenhangers om echt mee te kunnen doen of te concureren met electrische componenten.

[Janoz]

Yep, optische router heb ik begin 2001 nog gezien in Japan bij NTT Research.. Cool ding..

Het adresseren gebeurde door middel van golflengten. Je kon een 1 op 1 verbinding maken, maar ook multicasten. Elke node kon per golflenkte iets van een gigabit versturen. Aangezien licht niet zo storingsgevoelig is konden er behoorlijk wat signalen tegelijk door het systeem heen Uiteindelijk was de compleete bandbreedte van het systeem iets van een terrabit oid.

Voor PuzzleSolver:

Je kunt ook bridgen

[AdLentis]

Er zijn een hoop dingen nl. nog niet helemaal gerealiseerd zoals geheugen cellen etc.

Juist, dat staat ook zo leuk in het artikel:

Wie er in slaagt een lichtpuls stil te zetten in een fotonisch kristal, ...

Misschien hebben ze iets aan de techniek die wordt gebruikt bij CD-RW's?

[TheGhostInc]

Een volledig optische computer, ik denk niet dat die er zal komen,

Zeiden ze ooit ook niet zoiets van "wagens zonder paard", en "verlichting zonder vuur"? Ik denk dat optische computers in de nabije toekomst toch realiteit zullen worden, puur omdat het kan.

Als je goed leest zie je dat dat van een persoon van de TU Twente afkomt, terwijl de chip wordt ontwikkeld in Eindhoven en Delft.
IMHO. hebben ze de verkeerde persoon gequote, het is heel makkelijk om zo 2 kanten van het verhaal te laten zien, maar wat ik zo uit het artikel haal zijn ze nog steeds bezig met netwerktoepassing en nog steeds geen computers bij de TU in Eindhoven en Delft

[Jamaicaman]

Heb ook gehoord dat licht 2km per/s per jaar afneemt dus licht heeft nooit altijd een snelheid 300000 km/s gehad dus de chips worden alsmaar langzamer

zie ook :
http://home.hetnet.nl/~origins/Hydro/faq_cdk.htm

[koffercomputer]

Ik heb dat stukje gelezen op die site die je aangaf, als licht in een paar eeuw al zo snel langzamer is geworden, hoe zit het dan met die miljarden jaar dat het heelal bestaat? Was het licht eerst supersnel, want anders zou het nu supertraag moeten zijn...

Wat daar wel wordt gemeld is dat de lichtsnelheid afhangt van de structuur van de ruimte waar het door reist. Daardoor lijkt het licht langzamer te gaan, maar de tijd zelf verloopt ook anders, en dat heft elkaar weer op.

Al met al een wazige stelling

[Verwijderd]

De leeftijd van het heelal is gerelateerd aan de snelheid van het licht. De afstand van de van ons wegvluchtende sterrenstelsels gedeeld door de lichtsnelheid geeft de tijdsduur vanaf de Big Bang. Als de snelheid vroeger hoger was, is dus de leeftijd van het heelal ook korter.
Dat staat in het stuk:

De Russische kosmoloog V. S. Troitskii concludeerde, onafhankelijk van Setterfield, dat de lichtsnelheid wel tien biljoen keer zo groot was op het tijdstip nul!

Overigens zal een verandering in de lichtsnelheid aanvankelijk weinig invloed hebben op de werking van een PC gebaseerd op deze technologie. De eerste generatie(s) zullen alleen gebruik maken van dataopslag, niet van verwerking. Aangezien er dan toch een conversieslag (licht -> elektronisch) plaats moet vinden kan er best een beetje latency tussen zitten om verschillen in de lichtsnelheid op te vangen.

[Dennizz]

dus als ik t goed begrijp kan ik over een tijdje t licht op mn fiets bijhouden ? "im traveling @ the speed of light 8-)"

[basb]

hihihihihihihihihihiih goede grap.

Licht heeft in verschillende materialen verschillende snelheden.
In lucht is de snelheid van het ligt bijna het zelfde als in een vacuum.
In glas is het minder, namelijk circa 225.000km/s.
Die snelheden zijn zo, net zoals de snelheid van het geluid door glas, steen en dergelijke altijd hetzelfde zal blijven.

[Verwijderd]

Er is geen enkele natuurkundige wet die bepaald dat lichtsnelheid constant is, dus waarom zou lichtsnelheid niet langzamer kunnen worden.
Lees voor de grap maar eens die url die hierboven, word gegeven. het nog vrij makkelijk uitgelegt ook

[AntiChris]

Shit, gelukkig zijn er nog instabiele OSsen die zorgen dat het licht bij het booten weer op de originele snelheid kan gaan flitsen

[Dr C]

Ik hoorde juist van de week op de radio (538, dus ik weet niet echt of dat nou zo'n echt betrouwbare bron is), dat wetenschappers erachter zijn gekomen dat licht sneller is geworden!!

[magneet]

Wanneer zouden de eerste pc's met communicatie tussen de hardware onderdelen via licht er komen?? dat is denk ik het volgende omdat koper als communicatie tussen kaarten en de hele mikmak binnen 10 jaar ook wel te traag zal zijn

[Verwijderd]

ja idd waaro mzetten ze zoiets er niet bij , allemaal leuk hoor maar wanneer kunnen we het "aanraken / opeten "

[Luxx]

misschien omdat ze het zelf ook nog niet weten?

Wie er in slaagt een lichtpuls stil te zetten in een fotonisch kristal, legt de basis voor een schakeltechniek, waarmee een rekentuig te bouwen is, dat één miljoen maal krachtiger is dan de snelste elektronische chip

Het lijkt me duidelijk dat ondanks het vele onderzoek en resultaat tot nu toe, er nog geen concreet bruikbare techniek is. Enkel voor communicatie (glasvezel-achtig) zijn er echt werkende systemen.

Ik vind het juist goed dat dit onderzoek gewoon gedaan kan worden, zonder dat een groot bedrijf die onderzoekers gelijk naar een functionele toepassing toe dwingt. Dat zou namelijk de ontwikkeling van de techniek remmen. Laat ze nou maar gewoon lekker low level bezig zijn, als de techniek eenmaal beter bekend is, dan is het maken van die toepassing in no-time gerealiseerd.

[KMK]

Allen jammer dat de optische sensors veel te duur zijn.. Zo ook voor de verstuur laser/led/lampjes

[RobzQ]

De eerste computers waren ook onbetaalbaar, als er meer verkocht daalt dat wel weer.

Daarnaast zijn ze ook hard bezig deze relatief dure elementen te vervangen door kleinere, eenvoudigere en dus goedkopere alternatieven.

Beetje zoals de buizen op den duur zijn vervangen door transistors, wat ook de prijs weer ten goede zal komen.

[Verwijderd]

je bedoelt dus dat de afzonderlijke componenten nog gewoon electronisch zijn en de comunicatie daartussen via glasvezel gaat? Het grootste nadeel daarvan is dat dan eerst het electrische signaal omgezet moet worden in een licht signaal, en daarna weer andersom. Dit kost ook tijd, misschien zelfs meer dan het snelheidsverschil goedmaakt.

[zork]

Verder moet het signaal bij aankomst ook weer uitgesplitst worden, en al deze componenten zijn voorlopig nog behoorlijk kostbaar.

Dit doen ze dus met behulp van een soort van Prisma

[Verwijderd]

das opzich wel cool, zo kan je wel geinig broadcasten ofzo. Als je wit licht laat vallen op een prisma hoek, wordt het spectrum toch uitgespreid (regenboog)
Misschien is dit dan weer te combineren en door een kabeltje te sturen. Zitten best mogelijkheden in denk ik.

[fun modes]
Pa: 'zoon!! er komt een regenboog uit me computer'
Jantje: 'Ja pa, ik ben ff wat aan het streamen over het internet'
[/fun modes]

edit: stond multicasten ipv broadcasten

[The Source]

Jammer dat er niet gesproken wordt over optische computers. In de toekomst zal ook de interface tussen cpu en mobo gaan via een optische verbinding. En wat te denken van alle lijnen die over het moederbord naar de verschillende chips lopen... Daarmee is een enorme snelheidswinst te behalen.

[Confusion]

En interferentie als je meerdere kleuren door 1 kabel wil sturen?

Dat is geen probleem. Grote hoeveelheden data worden in sommige systemen al door een batterij temperatuurgestabiliseerde lasers met net iets verschillende golflengten verstuurd. Elke golflengte is apart detecteerbaar.

[iceblink]

Fotonica is het vakgebied van de optische chips. Onderzoekers van de TU Delft en TU Eindhoven werken samen aan zo'n optische chip.

en een stukje verder:

Een volledig optische computer, ik denk niet dat die er zal komen...", aldus prof dr Alfred Driessen van universiteit Twente.

Wat moet ik hier nu van denken?

[Marsman83]

Op deze manier zal er ook een lagere ofwel geen warmte ontwilleling zijn
Dan zijn er ook geen enorme koelers meer nodig

[_Thanatos_]

Dat vraag ik me dus ook af... Als er evenveel licht 'uit' komt als 'erin' gaat, zal de betreffende chip op omgevingstemp blijven en dus geen koeling nodig hebben. Ik weet niet hoe het zit met die optische chip-onderdelen, maar als elk van hen een klein beetje van het licht 'verbruikt' (zoals in traditionele chips dus), zal het wel warm worden. Ook als er in de doorzichtige vezels oneffenheden zitten, wordt het geheel warmer.

[JHK593]

Hallo Tweakers

Waarschijnlijk weten jullie al dat er via een digitaal kabeltje je muziek over kan zetten van bijv. je SB Audigy (welke ik nog wil hebben btw ) naar minidisk zonder kwaliteitsverlies, maar tegenwoordig word bij DVD Hifisets gebruik gemaakt van optische kabels, dus ok digitaal uiteraard, waarbij niet alleen het geluid wordt doorgegeven, maar ook de Dolby Digital en DTS Trusurround worden meegestuurd en er dus ook geen andere kabels meer van je DVD speler naar je Dolby Digital versterker hoeft,dus heb je maar 2 kabels in je dvd speler, 1optische naar de versterker en voor het beste kwaliteitbehoud van het beeld een scartkabel naar de tv, misschien leuk om even te weten dat het ook al simpel in de huis-tuin en keuken-wereld wordt toegepast

Het beste maar weer

JHK

[MetalStef]

'k Heb thuis een 10 jaar oude cd-speler staan (Sony) waar al een optische uitgang op zit.
Na aankoop destijds helaas geen geld meer over om er een versterker met optische ingang bij te kopen

Dus voor data-overdracht is een optische verbinding al jaren voor consumenten betaalbaar.
Kanttekening: De optische verbinding waar ik het over heb, hoeft niet meer dan 150K/sec te versturen (single-speed cd-snelheid), maar inmiddels zijn we dan ook 10 jaar verder.

[Verwijderd]

Dus de maximale snelheid van je processor is straks afhankelijk van de snelheid van licht? Als je dan iets snellers wilt bouwen, kun je t toch alleen maar groter blijven maken, zodat je meer kan verwerken?

[10011]

de snelheid zal afhangen van hoe snel dat kristal het licht opneemt net zo iets als de transistor schakelsnelheid van nu