Photonik, die Kommunikationsprozessoren der nächsten Generation

Benötigen wir photonische iPhones und Smartphones? Wir haben heute ein sehr interessantes Thema mit unserem Gast Daniel Pérez López, dem CTO und Mitbegründer von iPRONICS, programmierbare Photonik.

„Wenn wir von programmierbarer Photonik sprechen, beziehen wir uns auf die Fähigkeit, Lichtsignale erstmalig in einen Halbleiterchip zu integrieren, was allgemein als integrierte Photonik oder integrierte Optik bekannt ist.“ -Daniel Perez Lopez

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Show-Highlights:

• Einführung in Daniel Perez Lopez, Mitbegründer und CTO von iPronics
• Was ist programmierbare Photonik?
• Das photonische Feld oder das integrierte photonische Feld ist hauptsächlich auf zwei volumengetriebene Marktsegmente beschränkt: Transceiver und Rechenzentren
• Einer der wachsenden Vorteile der Photonik ist die Fähigkeit, Systeme in Echtzeit basierend auf den spezifischen Umweltbedingungen und der spezifischen Leistung zu konfigurieren
• Photonik-Technologie als ergänzende Technologie zur Elektronik
• Daniel beschreibt den Aufbau des photonischen Prozessors von iPronics und dessen Funktion
• iPronics hat die Miniaturisierung herausgefunden, sie glauben, dass die Reduzierung des Formfaktors ein Weg ist, ihr Produkt für den größeren Markt zu öffnen
• Gibt es einen Bedarf an photonischen iPhones und Smartphones mit reinem Photonik-Prozessor?
• Daniel zählt verschiedene Anwendungen der Photonik auf, einschließlich in RF-Systemen
• Die Kointegration von Lasern mit den photonisch integrierten Schaltkreisen ist keine Raketenwissenschaft mehr
• Verbesserte Technologie, früher oder später; die Integration von Hochleistungs-Fotoejektoren in den Chip ist keine Herausforderung mehr
• Laser klingen cool, aber Miniaturisierung oder Fokussierung auf den Formfaktor und die Bereitstellung von Hochleistungssystemen haben Vorrang
• Gibt es derzeit ein iPronics-Produkt, das für die Integration von der Stange verfügbar ist?
• iPronics konzentriert sich auf den Kommunikationsraum für optikbasierte Kommunikation und Management für RF-Kommunikation sowie die Verarbeitung von Kommunikation innerhalb von Rechenzentren

Links und Ressourcen:

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Transkript:

Daniel Perez Lopez:

Genau. Es ist eine Frage der Kosten. Es ist eine Frage der Zeit und es ist auch eine Frage der Leistung, die ein programmierbares photonisches Gerät ermöglicht. Also, über Prototyping oder schnelle Entwicklung hinaus glauben wir bei iPronics sicherlich, dass es darüber hinaus noch weitere Vorteile gibt.

Zach Peterson:

Hallo zusammen und willkommen beim Altium On Track Podcast. Ich bin Ihr Gastgeber, Zach Peterson. Heute sprechen wir mit Daniel Perez Lopez, Mitbegründer und CTO von iPronics. Dies ist ein interessantes Gebiet, das natürlich eine Leidenschaft von mir ist. Heute werden wir über Photonik sprechen und speziell über programmierbare photonische Chips. Daniel, vielen Dank, dass Sie heute bei uns sind.

Daniel Perez Lopez:

Danke. Es ist mir ein Vergnügen.

Zach Peterson:

Ja, also Leute, die mich kennen oder die die Show oder eines meiner anderen Videos schon eine Weile verfolgen, wissen, dass ich aus der Optik komme und dann in die Elektronik gegangen bin, und was Sie tun, denke ich, ist eine Art Fusion zwischen Optik und Elektronik. Vielleicht erzählen Sie uns, was iPronics macht, was Ihr Produkt ist.

Daniel Perez Lopez:

Perfekt. Also ja, ich denke, nur um das Konzept zu erklären, wenn wir von programmierbarer Photonik sprechen, beziehen wir uns auf die Fähigkeit, erstens Lichtsignale in einen Halbleiterchip zu integrieren, der weithin als integrierte Photonik, integrierte Optik bekannt ist. Es ist das Feld, das es uns ermöglicht, Transceiver für Internetverbindungen für Rechenzentren und so weiter zu haben. Aber wenn wir das Schlüsselwort programmierbar verwenden, beziehen wir uns auf etwas anderes, was die Erweiterung des Feldes ist, um die Fähigkeit zu bieten, lichtbasierte Sequenzen zu programmieren. Um ein spezifisches Beispiel zu geben, sieht ein photonisches Integritätsgeheimnis heute und während der letzten, ich würde sagen, 20 Jahre aus wie ein Chip, in dem wir Wellenleiter statt Drähte integrieren. So sind wir in der Lage, optische Signale zu integrieren, sie in einen optischen Chip zu bekommen, und wir sind in der Lage, einige Verarbeitungen innerhalb dieses photonischen integrierten Geheimnisses durchzuführen.

Aber was wir ermöglichen, ist die Programmierbarkeit dieses Signals. Es gibt einen Parallelismus, den wir hier verwenden können, der ist Field Programmable Gate Array, ein programmierbares Logikgerät in der Elektronik im Vergleich zu einem anwendungsspezifischen integrierten Geheimnis in der Elektronik. Also iPronics wird dieses programmierbare FPGA-ähnliche Analogon bereitstellen, aber in diesem Fall mit photonischem integrierten Geheimnis statt mit Elektronik.

Zach Peterson:

Also ich denke, das bedeutet, dass die meisten photonischen integrierten Schaltkreise bis jetzt im Wesentlichen statisch waren, ähnlich wie Asics, wie Sie sagen.

Daniel Perez Lopez:

Richtig. Wie ich bereits erwähnt habe, ist das Feld der Photonik oder der integrierten Photonik hauptsächlich auf zwei Schlüsselmärkte beschränkt, die von Transceivern und Rechenzentren angetrieben werden. Also die Generation von Schaltkreisen, die es uns ermöglicht, Daten in den optischen Netzwerken und innerhalb der Rechenzentren zu bewegen. Aber die Technologie hat sich in den letzten 30 Jahren weiterentwickelt und hat sich als wettbewerbsfähig in verschiedenen Anwendungsbereichen von LIDAR bis zur optischen Verarbeitung in anderen Bereichen wie zum Beispiel Quantenphotonik oder mehr klassisch orientierten Operationen erwiesen. Es ist auch bekannt, dass man RF-Signalverarbeitungsgeneration und -erkennung mit Unterstützung durch photonische Integritätssequenzen nutzen kann. Und es gibt auch eine Möglichkeit für die Integration dieser Systeme und Komponenten.

Da wir jedoch alle eingeschränkt sind oder die Technologie auf anwendungsspezifische Designs beschränkt ist, sind die Zeit bis zur Markteinführung und die Entwicklungszeit wirklich hoch und es gibt nur wenige Unternehmen, die tatsächlich in diese Art von langen Iterationszyklen investieren können. Die Hinzufügung eines programmierbaren photonischen Geräts, so wie es bei den FPAs in der Elektronik der Fall ist, bietet jedoch die Möglichkeit, diese Entwicklungszeiten drastisch zu verkürzen und auch die Gesamtkosten, die mit der Entwicklung eines auf photonisch integrierten Produkten basierenden Produkts verbunden sind, erheblich zu reduzieren.

Zach Peterson:

Ich verstehe. Der Markt benötigt also wirklich eine programmierbare Lösung, einfach aufgrund der begrenzten Größe des Marktes, insbesondere für Asics, entweder die Verarbeitungs- und Herstellungskosten sinken erheblich für all diese anwendungsspezifischen Photoniken, oder man muss eine programmierbare Lösung haben, um sie auf den Markt zu bringen.

Daniel Perez Lopez:

Ja, genau. Es ist eine Frage der Kosten. Es ist eine Frage der Zeit und es ist auch eine Frage der Leistung, die ein programmierbares photonisches Gerät ermöglicht. Also über Prototyping oder schnelle Entwicklung hinaus glauben wir bei iPronics, dass es noch etwas darüber hinaus gibt. Um einige konkrete Anwendungen zu nennen, denken Sie zum Beispiel an ein Frontend-RF-System, das eine gewisse Anpassungsfähigkeit, Notierbarkeit, Flexibilität erfordert, wenn Sie an Basisstationen der nächsten Generation 5G 6G denken, gibt es eine hohe Nachfrage nach Anpassungsfähigkeit und der Möglichkeit, Ihr System in Echtzeit basierend auf den spezifischen Umweltbedingungen oder basierend auf einer spezifischen Leistung, die Sie zu einem Zeitpunkt oder zu einem anderen benötigen, neu zu konfigurieren. Also geht programmierbare Photonik sogar über Kosten- und Entwicklungszeitreduzierung hinaus. Es geht auch um Schlüsselleistungen, die nächste Generationen von Kommunikationssystemen oder Prozessoren ermöglichen werden.

Zach Peterson:

Also, wenn wir von Prozessoren der nächsten Generation sprechen, gibt es einen Bereich, in dem ich immer wieder sehe, dass dieser Typ von Prozessor auftaucht, egal ob es sich um einen Quantenprozessor, einen photonischen Prozessor oder einen Quantenphotonikprozessor handelt, nämlich die AI-Verarbeitung. Also spezialisierte Chips, die ins Rechenzentrum gehen könnten, die direkt mit einer optischen Verbindung zwischen Servern interagieren können und dann eine sehr hohe Rechenleistung haben und all diese Daten für AI verarbeiten können, ist das der Typ von Markt, den Sie anvisieren, oder zielen Sie vielleicht auf kleinere Geräte ab, die eine hohe Rechenleistung benötigen und von dieser Art von Lösung profitieren könnten im Vergleich zu sagen einem FPGA kleinen Prozessor aus einer Vielzahl von Gründen?

Daniel Perez Lopez:

Ja, das ist sicherlich eine gute Frage. Es gibt heute viele Unternehmen in diesem Bereich, die meisten von ihnen sind im letzten Jahrzehnt oder sogar in den letzten fünf Jahren entstanden, die diese Rennen um photonische AI-Hardware, photonische AI-Software verfolgen. Es gibt eine Diskussion innerhalb der Gemeinschaft, sowohl in der Industrie als auch in der Akademie, wo jeder versucht zu analysieren, was der wirkliche Nutzen der photonischen Technologie ist. Wie Sie erwähnt haben, ist es eine direkte Substitution dessen, was wir heutzutage digital durchführen, es ist eine vergleichende Technologie, die es uns erlaubt, zu ergänzen, wo Elektronik nicht liefern kann. Wir glauben sicherlich, dass Photonik-Technologie eine ergänzende Technologie zur Elektronik ist. In den meisten Fällen oder bei spezifischen Anwendungsfällen macht es keinen Sinn, eine Technologie zu ersetzen, die bereits gut für eine spezifische Funktionalität funktioniert. Also, anstatt das Rad für etwas, das funktioniert, neu zu erfinden, werden tatsächlich Leute, Praktiker, programmierbare Photonik-Ingenieure, Photonik-Ingenieure, Designer und Unternehmen darauf abzielen, was tatsächlich die Leistung der nächsten Generation produziert.

Bezüglich, zum Beispiel, AI. Mit der AI können Sie versuchen, die Multiplikation und Akkumulation von Daten im photonischen Bereich anzugehen oder Sie können sich auf die Verbindungen, die Datenbewegung zwischen den verschiedenen Ressourcen, DPU und anderen Systemen in Rechenclustern zum Beispiel konzentrieren, das ist eine offene Diskussion, die heute in der Gemeinschaft besteht. Von iPronics aus, worauf wir uns in unseren ersten drei Jahren konzentriert haben, war es, etwas Greifbares für unsere Kunden zu liefern. Ich denke, dass wir eine der wenigen Firmen sind, die tatsächlich Produkte an Kunden liefern, anstatt zu versuchen, die Zukunft zu erfinden. Also liefern wir bereits in der Gegenwart und das ermöglicht es uns, direktes Feedback von Unternehmen zu erhalten. Unsere Kunden arbeiten in vielen verschiedenen Bereichen, einige von ihnen in der Kommunikation, einige von ihnen in reiner Signalverarbeitung, einige von ihnen in RF-Photonik-Signalverarbeitung und einige von ihnen sogar in der Informatik. So sind wir sehr nah an all diesen Märkten und erhalten Feedback von ihnen und arbeiten bereits an unseren Produkten der nächsten Generation basierend auf diesem Feedback.

Zach Peterson:

Also, wenn Sie sagen, jemand wird eines Ihrer Systeme oder eines Ihrer Produkte verwenden, denke ich, wenn jemand photonischen integrierten Schaltkreis hört, werden sie versuchen, dies zum Beispiel in eine PCB einzubauen oder in eine Elektronikmontage einzubauen und sie werden sagen, nun, wie bekomme ich eine optische Schnittstelle in den Chip? Wie bekomme ich Signale in den Chip? Gibt es eine elektrische Schnittstelle oder ist alles optisch?

Daniel Perez Lopez:

Das ist eine großartige Frage. Unsere photonischen Prozessoren sehen heute aus wie ein Racksystem, in dem wir alles Notwendige integriert haben. Also im Grunde genommen alle Steuerelektronik, die erforderlich ist, um den Prozessor zu betreiben, wir haben alle optischen Schnittstellen, wir haben etwas Logik innerhalb des Geräts. Zusammengefasst haben wir die photonische Schicht, die elektronische Schicht und die Software-Schicht über allem. Was wir unseren Nutzern ermöglichen, und wir erkennen, dass wir es auch messen, wie einige von ihnen einen starken Hintergrund in Physik, Photonik und optischer Ausrüstung im Allgemeinen haben. Einige von ihnen haben noch nie von Photonik gehört, also wollen sie das System als eine Black Box verwenden. In diesem Fall haben wir ein Software-Entwicklungskit entwickelt, das es unseren Promo-Photonik-Entwicklern, Kunden, Benutzern ermöglicht, die Technologie zu nutzen, ohne Experten auf dem Gebiet sein zu müssen.

Wenn sie also einen allgemeinen Programmierhintergrund haben, können sie unsere Bibliothekssoftware-Entwicklungskits verwenden, um ihre optischen Verbindungen, optischen Schalter, optischen Strahlteiler zu programmieren. So sind sie in der Lage, die Amplitude auf der Phase des Lichts einzustellen, wenn sie auf dieses Niveau gelangen wollen. Aber gleichzeitig, wenn sie einfach aus der Perspektive eines Systemmitglieds hoch bleiben wollen, ich möchte nur einen optischen Schaltrouter oder einen optischen Filter. Sie geben einfach die Spezifikationen ein und das System wird für sie programmiert. Aus einer Interaktionsperspektive können Sie Ihre Signale durch optische Faserstecker ein- und ausgeben. Wir haben also an spezifischen Schnittstellen gearbeitet, um diese optischen Fasern mit den photonisch integrierten Geheimnissen mit Faserarray zu verbinden. Und Sie haben auch nach den Schnittstellen gefragt. Wir entwickeln bereits ein System, das es Ihnen ermöglicht, auch RF-Signale zu programmieren. Also in der Lage zu sein, RF-Hochgeschwindigkeitssignale zusammen mit optischen Signalen zu mischen. In diesem Sinne sehen die Schnittstellen aus wie RF-Anschlüsse, Faserarrays und dann ein Kommunikationsport, um mit der Logik des Geräts zu kommunizieren.

Zach Peterson:

Da es sich um ein Racksystem handelt, denke ich, dass das für die Rechenzentrumsumgebung Sinn macht, wo alles in Racks ist. Das macht Sinn. Ein weiterer Bereich, wo es Sinn macht, ist militärisch eingebettet. Sie werden ins Feld gehen, Racks aufstellen und im Grunde dasselbe wie in einem Rechenzentrum machen, nur in kleinerem Maßstab, und ich bin sicher, wir können uns einige andere Beispiele einfallen lassen. Jetzt, da es sich um ein Racksystem handelt, ist es natürlich sehr groß, nicht tragbar, es sei denn, man möchte ein Rack mit einer tragbaren Stromversorgung herumrollen. Wie nehmen Sie das und skalieren es dann vielleicht herunter und bringen diese Technologie schließlich zu kleineren Geräten, die nicht rackmontiert sein müssen? Ist das möglich? Ist das etwas, was Sie auf der Roadmap haben? Was denken Sie über diese Möglichkeit?

Daniel Perez Lopez:

Ja, das ist sicherlich die Frage. Ich habe zuvor erwähnt, dass wir wahrscheinlich eines der wenigen Unternehmen auf dem Markt sind, das etwas liefern konnte, und das war unser Entscheidungsprozess, unser Motto die ganze Zeit, dies so früh wie möglich auf den Markt zu bringen, damit unsere Nutzer und Kunden die Technologie früher als später genießen können. Es ist besser, etwas rackbasiertes im Jahr 2022 zu haben, als bis 2026 auf etwas mit einem kleineren Formfaktor zu warten. Also haben wir im Grunde entschieden, dass das der Weg zu gehen ist. Und damit gesagt, haben wir bereits an der Miniaturisierung des Geräts gearbeitet.

Die meisten Probleme oder alle Probleme, die Herausforderungen, die mit der Reduzierung des Formfaktors einhergehen, wurden bereits von unserer Seite gemildert. Unsere nächsten Generationen werden immer kleiner und kleiner, bis sie fundamentale Grenzen erreichen können. Jetzt denke ich nicht, dass die fundamentalen Grenzen in naher Zukunft liegen. Wie Sie erwähnt haben, das Gerät jedes Jahr um das Zweifache zu miniaturisieren, ist nicht verrückt. Und wie Sie erwähnt haben, glauben wir wirklich, dass die Reduzierung des Formfaktors auch eine Möglichkeit ist, Türen zu zusätzlichen Marktsegmenten zu öffnen. Heute ermöglicht Ihnen rackbasierte Ausrüstung, in Laboren in Universitäten, in Unternehmen, in Rechenzentren zu sein, aber die Miniaturisierung des Formfaktors erlaubt es Ihnen sicherlich, die Technologie noch mehr zu demokratisieren. Also ja, das steht völlig im Einklang mit dem Unternehmen.

Zach Peterson:

Ja, es gibt einen Witz, den ich oft über Quanten mache, der wäre, es wäre wirklich großartig, wenn wir ein Quanten-iPhone haben könnten, aber man müsste das gesamte Kühlsystem und den Chip selbst auf iPhone-Formfaktor miniaturisieren. Das lässt mich natürlich fragen, ob wir eines Tages ein photonisches iPhone oder ein photonisches Galaxy haben werden, wenn Sie ein Samsung-Benutzer sind.

Daniel Perez Lopez:

Ja, wahrscheinlich steht das im Einklang mit einem meiner vorherigen Kommentare, nämlich zu versuchen, das neu zu erfinden, was bereits sehr gut funktioniert. Zum Beispiel, warum? Dann wäre die Frage, warum brauchen wir ein photonisches Smartphone? Welches Problem versuchen wir zu lösen? Natürlich haben wir heute dieses Display, das Photonik-Technologie für den Bildschirm ist. Einige der Mobiltelefone haben photonikbasierte Sensoren, aber wenn wir von einem photonischen Smartphone sprechen und etwas, das den Prozessor vollständig durch einen rein photonischen Prozessor ersetzt, denke ich nicht, dass wir dieses Bedürfnis heute haben. Also, worauf wir uns jetzt konzentrieren, ist wieder den Markt zu hören, was die tatsächlichen Bedürfnisse sind? Bisher hat niemand nach einem photonikbasierten Telefon gefragt, also versuchen wir uns darauf zu konzentrieren, ja, wie Sie erwähnt haben, bessere Formfaktoren zu bekommen, die Technologie insgesamt zu verbessern und die nächste Generation zu ermöglichen.

Zum Beispiel, da Sie Telefone erwähnt haben, glauben wir, dass ein Bereich, der für programmierbare Photonik von großem Interesse ist, die nächste Generation von 5G-, 6G-Kommunikationsstationen ist. Wir glauben wirklich, dass die Anpassungsfähigkeit, die Flexibilität, die von den neuen Protokollen gefordert wird, und auch ein System zu haben, das Sie zwei Jahre brauchen, um von einer Hardware-Perspektive aufzurüsten, nicht gut zu etwas passt, das extrem flexibel sein soll, aufrüstbar vom nächsten Generationenprotokoll zum nächsten Generationenprotokoll. Die Möglichkeit zu haben, nur durch Software-Updates Ihre Hardware zu aktualisieren, und das ist nur mit programmierbarer Photonik möglich.

Zach Peterson:

Nun, du hast das Analogon zu einem FPGA mit programmierbarer Photonik angesprochen, richtig? Also könnte man sich zu Recht fragen, warum würde ein FPGA in dieser Anwendung versagen? Warum hat ein programmierbarer photonischer Chip den Vorteil?

Daniel Perez Lopez:

Ja, ja. Das ist eine großartige Frage. Dann kommen wir in den Bereich, in dem wir die Vorteile von Photonik im Vergleich zur Elektronik allgemein und nicht im Vergleich zu anderen photonischen Ansätzen vergleichen. Und auf diese Frage hin, wo Photonik hervorragt, ist in einer Vielzahl von Bereichen. Wie zum Beispiel, wenn du Photonik zur Unterstützung von RF-Systemen verwendest, ermöglicht Photonik dir, Flexibilität zu bieten, zum Beispiel die Möglichkeit, einen rekonfigurierbaren Filter zu erstellen, der mit Signalen bei sagen wir 28 Gigahertz, 37 Gigahertz, 10 Gigahertz, fünf Gigahertz arbeiten kann. Das in einer rekonfigurierbaren Weise mit RF-Systemen zu tun, ist eine echte Herausforderung. Also die Möglichkeit zu haben, einen RF-Filter zu haben, den du im RF-Bereich direkt oder im RF-elektronischen Bereich filtern kannst, die Bandbreite und gleichzeitig die Zentralfrequenz zu rekonfigurieren, ist eine Herausforderung für heutige RF-Systeme.

Das ist etwas, bei dem Photonik potenziell helfen kann. Warum? Weil du einen Modulator verwendest. Du bekommst dein Signal aus dem RF-Bereich in den photonischen Bereich, wo du all die Flexibilität hast, die du brauchst, und dann kannst du zurück in den RF- oder Millimeterwellenbereich, um dein Signal konvertiert und verarbeitet zu haben. Ähnlich möchtest du vielleicht eine Faserkanal-zu-Antennen-Verbindung haben, und in diesem Fall ist deine Schnittstelle bereits optisch. Wenn du das mit einem elektronischen FPGA oder einem elektronischen Motor lösen möchtest, musst du dein optisches Signal im Strombereich herunterkonvertieren, bevor du irgendeine Art von Verarbeitung durchführst.

Wenn du das Signal hast, das bereits im optischen Bereich ankommt, kannst du davon profitieren und dort einige Verarbeitungen mit massiver Vorkonfigurierbarkeit durchführen. Wenn du auf Faser basierst statt auf elektronischer Verdrahtung, kannst du auch von geringem Verlust bei der Verteilung profitieren und dann kannst du dein Signal auf verschiedenen Fasern und Bereichen verteilen. Natürlich hängt diese Konversation von den Anwendungen ab, auf die wir uns konzentrieren. In diesem Fall sprechen wir über Möglichkeiten für zukünftige Basisstationen und 5G, 6G-Kommunikation, aber das Gleiche gilt auch für andere Anwendungen.

Zach Peterson:

Also hast du die Schnittstelle zwischen RF und Photonik angesprochen, und wir sprechen bereits über die Schnittstelle zwischen Elektronik und Photonik, und ich denke, für einige Leute kann das etwas schwierig sein, aber zumindest gibt es dort eine Analogie für LEDs und Fotodioden und so weiter, die etwas intuitiver sind. Aber wie kommst du zu dieser Schnittstelle zwischen RF und Photonik? Machst du RF über Faser aber auf dem Chip?

Daniel Perez Lopez:

Ja, das ist eine gute Frage. Die beiden Schlüsselschnittstellen, die Sie benötigen, um die Welten von RF und Photonik zu verbinden, wie Sie erwähnt haben, sind der Modulator, bei dem Sie einen RF-Eingang zum Modulator haben und dann der Modulator einen Laser hat, und am Ausgang des Modulators haben Sie das modulierte Signal, das im Grunde den optischen Träger als Herausforderung unterstützt, und dann sind Ihre Informationen nun von einigen Gigahertz in den optischen Bereich gesprungen, der extrem hohe Frequenzen hat. Wenn Sie den Eingang und den Ausgang des Modulators vergleichen, springen Sie jetzt auf 193 Terahertz.

Sie befinden sich jetzt im optischen Bereich. Sie führen die Verarbeitung durch, und dann, wenn Sie einen Fotoauswerfer haben, können Sie das Schlagen des Signals mit dem Träger erhalten und das Signal zurück in den RF-Bereich bekommen. So funktionieren die beiden grundlegenden Schnittstellen. Für jemanden, der damit nicht vertraut ist, benötigen Sie typischerweise tatsächlich einen Treiber und ein Geheimnis, das es Ihnen ermöglicht, Ihr RF-Signal in den Modulator zu bewegen, im Grunde müssen Sie die Impedanz mit 50 Ohm anpassen, abhängig vom Modulator, den Sie haben, um das Signal in den optischen Bereich zu konvertieren. Und ähnlich zur Fotodiode. Sie müssen auch einen Transceiver haben, der Verstärker ist, wenn Sie Ihr Foto vom optischen Bereich in den elektronischen Bereich konvertieren wollen, und dann in der Lage sein, das Signal zu verstärken, um ein gutes Signal zu erhalten.

Zach Peterson:

Okay. Das andere, was Sie erwähnt haben, ist, dass Sie im Grunde ein Lasersignal modulieren, wenn ich Sie richtig verstanden habe. Und das andere, was die Leute denken werden, wenn sie das hören, ist, dass dies alles im sichtbaren Bereich ist, aber es ist nicht im sichtbaren Bereich. Dies ist alles bei Faserwellenlängen, Standardfaserwellenlängen, korrekt?

Daniel Perez Lopez:

Ja, genau. Also, was sich heute in unseren Chips befindet, ist die programmierbare photonische Verarbeitungslogik. Es handelt sich nicht nur um den rekonfigurierbaren optischen Kern, sondern auch um einige passive Komponenten, einige rekonfigurierbare IP-Blöcke, das ist wahrscheinlich wie die anderen anwendungsspezifischen Blöcke, die alle zusammen in unseren photonischen Integritätsgeheimnissen sind. Unser Laser ist heute nicht innerhalb des photonischen Integritätsgeheimnisses, aber wiederum hat die Technologie, die integrierte Photoniktechnologie, in den letzten 10 Jahren erheblich an Reife gewonnen, was die Kointegration von Lasern mit den photonisch integrierten Schaltkreisen betrifft. Es ist also keine Raketenwissenschaft mehr, in der Lage zu sein, einen Laser kointegriert mit dem Chip zu platzieren. Und zu Ihrer Frage, wenn Sie ein Radio- oder Fasersystem haben, bedeutet das, dass ein Teil des Systems verteilt ist, also haben Sie eine optische Faser, die zwei Punkte verbindet. Es könnte ein Sender in einer Basisstation oder einer Zentrale sein, es könnte ein Empfänger in einer Antenne oder irgendwo anders sein.

Diese zwei Punkte sind durch eine optische Verbindung verbunden oder dies kann auch innerhalb eines Datenzentrums sein. Sie haben möglicherweise eine optische Faser, die einen Rücken mit dem anderen verbindet. In diesem Fall sprechen wir über Kurzstrecken- oder Langstreckenkommunikation, und die dahinterliegende Logik ist ähnlich. Wir verwenden einen optischen Pfad, um ein Lichtsignal, das Informationen trägt, zu übertragen, und diese Informationen werden durch einen Transceiver erzeugt, der im Grunde oder ein externer Modulator, der dieses Signal vom anderen Bereich in den optischen Bereich umwandelt. Dann gehen wir durch die Faser, kommen zum letzten Teil der Verbindung, wir konvertieren das Signal nicht, und wir können jetzt wieder in den elektronischen Bereich zurückkehren, um es nutzen zu können. Heute sind die Hochgeschwindigkeitsmodulatoren, Hochgeschwindigkeitsfotodetektoren eine Technologie, eine Komponente, die innerhalb des Chips integriert werden kann, und in unseren programmierbaren photonischen Sequenzen integrieren wir ebenfalls Hochgeschwindigkeitsmodulatoren und Fotodetektoren.

Zach Peterson:

Also, was die Struktur des Chips angeht, verstehe ich, dass Sie mehr von den Hochgeschwindigkeitsmodulatoren und so weiter auf den Chip integrieren, aber dann haben Sie Lichtquellen und auch Lichtdetektoren als eine der Herausforderungen der Integration angesprochen. Ich war vor vier Jahren auf einer IEEE-Photonik-Konferenz, und es gab ein ganzes Panel nur zu diesem Thema, wie man Lichtquellen und Lichtdetektoren auf Siliziumphotonik integriert, und das war 2019. Wie sind die Fortschritte seitdem? Denn damals sprachen sie noch darüber, ob wir alles auf Saega umstellen? Machen wir Zwei-Sechs-Photonik? Wie sind die Fortschritte in dieser Hinsicht?

Daniel Perez Lopez:

Was Detektoren angeht, denke ich nicht, dass das noch ein Problem ist. Es ist allgemein bekannt, dass man innerhalb der Siliziumphotonik einfach seine manuelle Schicht in die manuelle Schicht integriert. So ist dieses Material erreichbar, um leistungsfähige Photodetektoren auf dem Chip zu erstellen, um Ihre Empfänger zu kreieren, und das ist ein Material, das mit allen Prozessgrundlagen usw. kompatibel ist. Also, die Integration von Hochleistungs-Photoejektoren in den Chip ist keine Herausforderung. Tatsächlich werden sie in Bezug auf Empfindlichkeit und Dunkelstrom immer besser. Also die zwei Schlüsselmetriken für das Schlüsselkommunikationsgleichgewicht. Bezüglich des Lasers haben wir entschieden, dass unsere Produkte der ersten Generation nicht mit der Kointegration der Laser im System ausgestattet werden. Der erste Grund ist, dass wir es nicht benötigen, um ein voll funktionsfähiges Gerät zu haben. Wie ich erwähnt habe, haben wir uns auf das Wesentliche konzentriert, um sicherzustellen, dass das Produkt, das wir als ersten kommerziell verfügbaren programmierbaren photonischen Prozessor ausliefern, unseren Nutzern ermöglicht, die Technologie früher als später zu verbessern.

Die Kointegration mit dem Laser wird kommen, sobald wir wissen, dass dies tatsächlich der nächste Schritt ist, um ein spezifisches Formfaktorziel usw. zu erreichen. Aber sicherlich für die Formfaktoren, die wir für die Zukunft in Betracht ziehen, könnten Sie an eine Board-Science-Integration denken, trotzdem kann ein Laser in einem Schmetterlings-ähnlichen Formfaktor integriert werden und Sie können das leicht einführen. Und während wir sprechen, gibt es mindestens drei Gießereien, drei der Schlüsselgießereien in der Welt, die es entweder anbieten oder beginnen, die Kointegration von Lasern innerhalb der Systeme anzubieten. Der Reifegrad ist eine Technologie, die es seit sagen wir ein paar Jahren gibt. Es wird also noch etwas mehr Zeit in Anspruch nehmen, um vollständig stabile Prozesse und die Deals so hoch wie möglich zu bekommen. Und in der Zwischenzeit arbeiten wir weiter daran, wo wir tatsächlich Mehrwert schaffen, nämlich in der Softwareebene der programmierbaren Photonik und in den Produkten der nächsten Generation. Basierend auf programmierbarer Photonik.

Zach Peterson:

Haben Kunden angefangen zu fordern oder zu fragen, dass Sie diese Ebene der Integration durchführen, oder gewöhnen sich Kunden noch daran, was sie überhaupt mit photonischen Chips und einem großen photonischen Prozessor wie diesem bauen können?

Daniel Perez Lopez:

Also ich denke, dass ich viele, viele Male die Frage bekommen habe, ob wir unsere Laserquelle integrieren oder nicht. Meine Antwort ist immer, welche Formfaktor benötigen Sie? Anstatt uns darauf zu konzentrieren, was wir integrieren können oder was nicht, ist die eigentliche Frage, welcher Formfaktor vorliegt? Lassen Sie uns verstehen, was die Ziele, die Anforderungen, die Grenzen sind. Und unser Team hat drei Jahre lang daran gearbeitet, die Schlüsselteile des Systems zu miniaturisieren, die miniaturisiert werden müssen. Wir haben also an der Miniaturisierung der gesamten Steuerelektronik, der Logik, des photonischen integrierten Schaltkreises gearbeitet, um die Dichten, die Verpackung, all die verschiedenen Dinge zu verbessern, die auch Teil des Produkts sind.

Der Laser ist natürlich auch Teil des Produkts. Und bisher denke ich, dass wir uns auf das konzentriert haben, was für unseren endgültigen Formfaktor tatsächlich wichtig ist. Und ich denke, dass die Diskussionen über Laser sicherlich in naher Zukunft kommen werden und wir bereiten uns darauf vor, aber es ist nicht, ich denke, dass zumindest für Unternehmen, die fabless sind, die sich darauf konzentrieren, ihren Kernwert, ihre Schlüsselprodukte zu entwickeln, der Fokus auf dem Gesamtsystem liegen sollte und was letztendlich die endgültige Leistung und Formfaktoren antreibt.

Zach Peterson:

Also ja, es klingt so, als würde die Konzentration auf den Formfaktor es Ihnen ermöglichen, die Grenzen der Miniaturisierung jeder der verschiedenen Komponenten weiter zu verschieben und ich vermute, die Integration von Lasern direkt auf den Chip so weit wie möglich hinauszuzögern, bis eine Menge Leute anfangen, das photonische iPhone zu fordern.

Daniel Perez Lopez:

Ja, genau. Sobald wir sehen, dass es einen großen Markt für etwas gibt, das drastisch die Fingerabdruckgröße eines photonischen integrierten Systems per se erfordert, dann ist es der Punkt, an dem Sie absolut alles integrieren müssen. Aber wenn für 95% der verbleibenden Anwendungen ein Gerät auf Platinengröße in Ordnung ist, konzentrieren wir uns darauf, die Schlüsselparameter zu verstehen und die eigentliche Technologie bereitzustellen, die es uns ermöglicht, jetzt voranzukommen. Und natürlich wird das die Technologie, die programmierbare photonische Technologie, in eine ideale Situation bringen, sobald die Kointegration von Lasern mit den Geräten, die ich erwähnt habe, die bereits stattfindet, reifer ist. Es wird relativ einfach sein, das mit unseren Systemen zu kointegrieren.

Zach Peterson:

Also entwickeln Sie derzeit im Grunde eine Box, ich denke, Sie haben es einigen Leuten als schwarze Box beschrieben, die man von der Stange kaufen und dann anschließen und verwenden kann. Wenn Sie jedoch in diese Box hineinschauen, finden Sie natürlich all diese verschiedenen Komponenten. Ich bin sicher, die meisten von ihnen sind von der Stange, abgesehen natürlich von Ihrem Prozessor. Jetzt frage ich mich, ob es jemals die Möglichkeit geben wird, dass jemand einfach einen Ihrer Prozessoren kaufen kann, die anderen Komponenten, die benötigt werden, um den Prozessor optisch zu betreiben, einfach von der Stange kauft und vielleicht ein benutzerdefiniertes System um Ihre Produkte herum aufbaut?

Daniel Perez Lopez:
 

Ja, also der erste Generation Prozessor, den wir auf den Markt gebracht haben, ist im Grunde genommen ein Rack-Größen-Modul. Es ist schwierig, ihn mit anderen Produkten zu integrieren. Dies ermöglicht es einigen der weltweit führenden Telekommunikationsanbietern, mit den Möglichkeiten der Technologie zu beginnen, auch wenn sie noch nicht in einem Formfaktor integrierbar ist, der es ihnen erlaubt, dies in andere Produkte zu integrieren. Es kann, wie Sie erwähnt haben, es sei denn, man befindet sich in einem Rechenzentrum oder Ähnlichem, dies ermöglicht es ihnen, den Lernprozess der programmierbaren Photonik zu beginnen. Es ist ein wirklich schneller Lernprozess, aber sie arbeiten bereits an der Generation von Funktionen, ihren benutzerdefinierten Algorithmen auf Basis der Algorithmen, die wir bereitstellen. Aber ich stimme vollkommen zu, was Sie erwähnt haben. Was wir entwickeln, ist Ausrüstung auf Basis der nächsten Generation von Platinen. Es ist also einfacher, eine Platine mit verschiedenen Komponenten zu integrieren.

Anstatt über die Steuerelektronik und alles andere nachzudenken, wird das Platinengröße Gerät bereits die photonisch integrierten Geheimnisse, die notwendige Steuerelektronik, die notwendige Logik enthalten. Dann müssen Sie sich nur noch um das kümmern, was für Ihr Produkt wichtig ist. Wenn Sie beispielsweise ein Intra-Datenzentrum oder ein Stationsystem entwickeln, bei dem Sie einen intelligenten Router haben möchten, der Team-Speeder, optische Verbindungen verbindet, dann konzentrieren Sie sich auf die optischen Schnittstellen und die Kommunikationsschnittstelle. Sie müssen nichts anderes entwickeln. Wir haben die Steuerelektronik bereits optimiert, um eine schnelle Vor-Konfigurationszeit zu erhalten, um alle Synchronisationen unter der Softwareebene zu bekommen, sodass Sie sich als Benutzer auf das konzentrieren können, was Sie tatsächlich an Wert bieten können.

Zach Peterson:

Ich verstehe das, und mir ist klar, dass es wirklich wichtig ist, dieses erste Generation Produkt auf den Markt zu bringen, besonders vielleicht für Entwickler, die darauf aufbauen wollen. Ich frage mich nur, ob es jemals eine Möglichkeit geben würde, etwas in einem Modulformfaktor herauszubringen, so dass es die Integration hat, die Sie beschreiben, mit all der Steuerelektronik, die um den Chip herum gebaut ist, es hat die optischen Schnittstellen irgendwo auf dem Modul, und dann können die Leute immer noch auf einem benutzerdefinierten System damit interagieren. Aber ich denke, das Vorhandensein der optischen Module, oder sagen wir der optischen Schnittstellen auf diesem Modul, macht es ein bisschen herausfordernder, denn normalerweise, wenn wir im Elektronikbereich über ein Modul nachdenken, denken wir an etwas, das in ein paar Board-zu-Board-Verbindungen eingesteckt wird und alles ist elektrisch, und dann machen wir uns keine Sorgen mehr. Aber wenn man das optische Element hinzufügt, denke ich, dann fragen sich die Leute, wie würde ich mit diesem Modul interagieren, um dies zu nutzen, besonders wenn meine Anwendung nicht am besten mit einer Rack-Montage-Einheit bedient wird.

Daniel Perez Lopez:

Bis zu diesem Punkt, wenn Sie über ein System mit einer bestimmten Größe von Platinen nachdenken, auf denen Sie ein photonisch integriertes Geheimnis, Ihre Steuerelektronik und Ihre Peripheriegeräte oder sagen wir Anschlüsse oder Ports haben, wenn Sie keine Entwicklungsplatine, sondern eine Platine haben, die in ein Produkt integriert werden kann und das Produkt optische Verbindungen verlangt, dann hängt es von den Volumen ab, über die wir sprechen. Also, für spezifische Volumen, die hoch genug sind, ist es möglich für uns, einfach die verschiedenen Anschlüsse auszutauschen und die endgültigen Anschlüsse an die Benutzer anzupassen. Andernfalls eine komplette Entwicklungsplatine mit den spezifischen MTP-Anschlüssen, mit einem einzigen Anschluss, können Sie mehr als 24, 34, 64 optische Fasern innerhalb eines einzigen Anschlusses fließen lassen.

Also aus einer optischen Konnektivitätsperspektive denke ich, dass das ein gutes Beispiel ist. Heute ist das Gegenteil davon natürlich nicht integrierte, auf dem Tisch liegende Wege, Komponentenaggregation basierend auf diesen Suite-Komponenten. So können Sie Ihren Modulator haben, Sie können Ihren Fotodetektor haben, Sie können Komponenten haben, die im Grunde genommen einige Zentimeter mal Zentimeter verbrauchen, wenn sie alle zusammen verteilt sind. Und die Schönheit unserer integrierten Geräte ist, dass die meisten dieser photonischen Elemente in einem einzigen Millimeter mal Millimeter großen photonisch integrierten Geheimnis integriert sind. Also der Fotodetektor ist nicht disaggregiert, Verbindungen sind nicht disaggregiert, alles andere ist alles einfach kompakt.

Zach Peterson:

Sie haben die Anzahl der optischen Fasern angesprochen, die mit diesem Typ von System verbunden werden müssen. Ich gehe davon aus, dass dies all Ihre I/Os sind, auf die Sie auf dem Chip zugreifen können. Ist das korrekt?

Daniel Perez Lopez:

Nun, ein optischer Motor im Allgemeinen kann viele verschiedene Schnittstellen haben. So können Sie, wie Sie erwähnt haben, nackte optische Ports haben. Dies könnte durch optische Fasern erfolgen. Oder es gibt viele verschiedene Wege, in den photonisch integrierten Schaltkreis zu gelangen, aber die optische Faser ist die herkömmliche, die mit der Außenwelt interagiert. Innerhalb des photonisch integrierten Schaltkreises, der Modulatoren und Fotodetektoren umfasst, ist eine weitere Schnittstelle, die Sie haben werden, Hochgeschwindigkeits-RF-Analogeingänge und -ausgänge. Wenn Sie auch analogbasierte Verarbeitung ermöglichen, zum Beispiel für Anwendungen in der Mikrowellenphotonik oder RF-Anwendungen. Und gleichzeitig können Sie auch digitale I/Os haben, ähnlich denen, die Sie auf einem DPO oder einem Prozessor in einem Computer finden könnten, um digitale Signale innerhalb des Geräts des Systems zu erhalten. Und dann gehen Ihre Signale durch einen Digital-zu-Analog-Konverter und dann direkt analog einen Modulator speisend. Also würde ich sagen, dass Sie drei Schnittstellen für einen kompletten photonischen Motor haben könnten.

Zach Peterson:

Ich verstehe. Okay. Nun, das ist alles sehr interessant. Wir haben nicht mehr viel Zeit, aber ich denke, für unsere letzte Frage würde ich einfach gerne fragen, was Sie vielleicht als die nächste Generation dieser Systeme sehen? Ist es nur die Miniaturisierung, die Ihr Ziel ist, oder sehen Sie es sich in der aktuellen Form ausdehnen zu einer breiteren Palette von Anwendungen? Vielleicht Automobil, vielleicht Luft- und Raumfahrt, vielleicht medizinische Dinge wie diese? Oder ist es eine Kombination aus diesen beiden oder werden Sie einfach von Kunden angetrieben?

Daniel Perez Lopez:
 

Ja, ich denke, die Antwort ist, dass wir von Kunden angetrieben werden, aber gleichzeitig studieren wir natürlich intern, wohin die Technologie gehen wird, um die Leistung der nächsten Generation liefern zu können. In einigen der Bereiche, die Sie erwähnt haben. Wir konzentrieren uns heute auf den Kommunikationsbereich für optikbasierte Kommunikation und Management für RF-Kommunikation sowie die Verarbeitung innerhalb von Rechenzentrums-Kommunikationen. Aber wie Sie erwähnt haben, gibt es auch viele verschiedene Bereiche, in denen wir tatsächlich glauben, dass die Photonik und insbesondere die programmierbare Photonik in der Lage sein wird zu liefern, sie wird als nächstes benötigt. Ich denke, dass ein gemeinsames Gefühl der Anwendungen und Protokolle, die auftauchen und erscheinen, ist, dass sie eines gemeinsam haben, nämlich die Flexibilität und die Programmierbarkeit, die erforderlich ist. Die Welt ändert sich jede Minute in Bezug auf Technologie, noch mehr als das, was vor vier Jahren geschätzt wurde.

Jetzt wird es nicht mehr geschätzt. Der Kommunikationsbedarf, der Verarbeitungsbedarf, der Signalverarbeitungsbedarf für optische Netzwerke wächst in einem Tempo, das viel höher ist als das, was die Technologie liefern kann. Es wird also wirklich interessant sein, in der Zukunft zu sehen, welche die tatsächlichen Technologien sind, die es uns ermöglichen, mit derselben Geschwindigkeit weiter zu wachsen, mit der wir als Gesellschaft in vielen, vielen verschiedenen Anwendungsbereichen wachsen. Wir glauben, dass die Photonik der tatsächliche Kandidat ist, um die Elektronik zu ergänzen und diese Anwendungen zu fördern und sogar diese nächsten Generationen zu ermöglichen. Und wir glauben sicherlich, dass programmierbare Photonik der Schlüssel sein wird, um in der Lage zu sein, die Photonik-Technologie in die Hände dieser Gesellschaft zu legen.

Zach Peterson:

Na, großartig. Wenn all dies herauskommt, wäre es großartig, wenn wir Sie in Zukunft noch einmal dazu haben könnten, darüber zu sprechen, denn ich bin sicher, es wird sehr interessant sein und die Leute werden gespannt darauf sein, davon zu hören.

Daniel Perez Lopez:

Ja. Perfekt. Danke.

Zach Peterson:

Vielen Dank, dass Sie bei uns waren. Wir haben mit Daniel Perez Lopez, Mitbegründer und CTO von iPronics, gesprochen. Stellen Sie sicher, dass Sie die Shownotes für einige sehr interessante Ressourcen überprüfen, und Sie werden mehr über iPronics und ihre Produkte erfahren können. Wenn Sie auf YouTube zuschauen, vergessen Sie nicht, den Abonnieren-Button zu drücken. Sie werden so mit all unseren Episoden und Tutorials Schritt halten können, sobald sie herauskommen. Und zu guter Letzt, hören Sie nicht auf zu lernen. Bleiben Sie am Ball und wir sehen uns das nächste Mal.