Optischer Chip aus Karlsruhe bricht Geschwindigkeitsrekord

Lichttuning für Silizium: Mit einer Kombination aus Kunststoff und Silizium lässt sich die bisher übertragbare Datenrate vervierfachen

Ultraschneller Chip
Ultraschneller Chip

Karlsruhe - Kein Computerchip arbeitet derzeit schneller als ein neuer Prototyp aus Karlsruhe. Mit einer geschickten Kombination aus Silizium und einem organischen Material konnten die Forscher Datenraten von bis zu 170,8 Gigabit pro Sekunde erreichen. Das ist etwa viermal schneller als beim bisherigen Rekordhalter des Chipentwickelers Intel. Mit diesem Ergebnis, über das die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift "Nature Photonics" berichten, könnte die Ära des Halbleiters Silizium um Jahre verlängert werden.

Für diesen neuen Rekordwert werden die digitalen Daten nicht mehr allein über Elektronen, sondern mit den viel schnelleren Lichtteilchen, den Photonen, transportiert. "Der Chip kann die Daten von 2,6 Millionen Telefonanrufern verarbeiten", sagt Jürg Leuthold vom Institut für Photonik und Quantenelektronik an der Universität Karlsruhe. Indem der Chip die Daten auf optischem Wege prozessiere, könne man die durch die Elektronik bedingten Geschwindigkeitslimits um einen Faktor vier - und noch mehr - überschreiten.

Doch Silizium allein ist für diese rasante Datenverarbeitung mit Lichtteilchen nicht geeignet. Erst durch einen feinen, etwa 100 Nanometer breiten Spalt erlangte das Halbleitermaterial seine lichtleitenden Eigenschaften. In diesen Zwischenraum füllten die Forscher mit einem einfachen Verfahren ein organisches Material, ein so genanntes Carbonitril (DDMEBT). Störende Streuverluste konnten so effizient vermieden werden. "Diese neue Kombination von Silizium mit organischem Material ist ein Ausweg, um Silizium die Eigenschaften zu geben, die es inhärent nicht hat", so Leuthold.

Bereits heute zeigen mehrere Chiphersteller ein großes Interesse am Karlsruher Lichtchip. Denn diese Entwicklung trägt das Potenzial in sich, die ausgereiften Produktionsmethoden für Siliziumchips viele Jahre länger nutzen zu können als bisher angenommen. Bis solche optischen Prozessoren auf den Markt kommen und in der Telekommunikation angewendet werden können, sind allerdings noch weitere Arbeiten nötig. Denn obwohl sich die Datenrate von 170 schon auf vier kleinere Datenströme mit etwa 40 Gigabit pro Sekunde aufspalten ließ, müssen die Lichtsignale noch effizient auf die Elektronen in klassischen Siliziumchips übertragen werden. Doch auch an dieser Verknüpfung zwischen optischer und elektronischer Datenverarbeitung arbeitet Leutholds Team mit Hochdruck und hofft auf eine baldige Lösung.