Мултимедия

CMOS Photonics – бъдещето на високоскоростните трансфери

Written by Редактор

С развитието на дисплеите и графичните карти, комбинацията от тях започва да ни предлага все по-високи разделителни способности наред с поне 32-битов цвят. Това не представляваше проблем в ерата на аналоговите CRT монитори, но при LCD дисплеите, използващи цифрово предаване на данните чрез DVI, се стига дотам, че те просто не смогват да се справят с количеството данни, което трябва да се прехвърли. Алтернативата се състои в използването на фиброоптични връзки, чрез което се решават редица проблеми.


Заместването на класическите медни проводници с фиброоптични кабели ще доведе до преодоляване на доста проблеми, един от които е задръстването на DVI канала при свръхвисоки разделителни способности. Преди да поговорим за тях обаче, нека разгледаме каква точно е причината да се стигне до необходимостта от преход към оптичен пренос на данните. Една елементарна сметка на широко използвани разделителни способности от типа на 1280 х 720 х 24 бита за цвят показва, че ще трябва да прехвърлим почти 2 GB в секунда. И тук говорим за случая, в който опресняването на дисплея става с честота 60 Hz – достатъчно за сегашния момент, но в бъдеще, изглежда, LCD (а и другите типове екрани) ще имат възможност за работа и на 100 Hz. Тогава ще се прехвърлят почти два пъти повече данни, при условие че използваме DVI връзка.



Всички тези затруднения и тесни места превръщат DVI стандарта в не особено удачен избор за основен протокол за трансфер на информация между графичната карта и дисплея. Засега разработените алтернативи – HDMI и DisplayPort, предлагат възможност освен видеосигнал, по тях да се прехвърля и аудиосигнал в цифров вид. Въпреки това, реално погледнато, и двата стандарта са ограничени по отношение на дължината на кабелите, които могат да се използват, без да се наблюдават грешки в изображението.


Това е така, тъй като при дължина над 15 метра в медния проводник се индуцират вихрови токове и смущения от електромагнитното поле, създавано от околните му проводници. Те са причина за лавинообразната поява на грешки в прехвърляния сигнал, а в допълнение към това, колкото по-висока е честотата на трансфера, толкова по-чувствителен към смущения става кабелът. Едно възможно решение е именно използването на фиброоптични връзки, които не се влияят нито от електромагнитните смущения, нито от околните проводници.


Като пример може да се посочи случай, когато се използва HDMI кабел за свързване на дисплей към видеокарта – при разделителна способност от типа на HD видео – 720/1080р, кабелът е ограничен до дължина от около 15 метра. При прехвърляне на тази дължина в предавания сигнал по експонента започват да се индуцират смущения и грешки, които правят изображението нечетливо. 15 метра може да изглеждат сравнително много, но същите тези ограничения влизат в сила и при гигабитовите мрежи, където сигналът на мрежовия кабел се влияе от редица външни фактори.



CMOS Photonics


Какво представлява CMOS фотониката и каква е реалната полза от нея? При трансфера на данни между различните чипове (независимо дали става въпрос за компютър или не) битовете информация се преобразуват в електрически сигнали, които на свой ред се предават през проводника. Модулът, занимаващ се с преобразуването им, се нарича трансийвър и именно неговата замяна с оптичен аналог би решила някои от проблемите, засягащи смущенията в сигнала.


За да стане това възможно, трябва да разполагаме с достатъчно евтин и удобен вариант, който да интегрираме или в порта, към който свързваме оптичния кабел, или пък в самия оптичен проводник. За тази цел той трябва да е изключително миниатюрен и да няма нужда от допълнително захранване. Чисто технологично производството на подобни устройства е възможно едва в последните няколко години и е следствие на няколко технологични постижения.


Първото от тях е постоянното редуциране на производствения процес, с който се изработва самият процесор. Благодарение на това в днешно време е възможно производството на светловоди в самия силиций, който от своя страна е прозрачен за инфрачервената светлина. Така става осъществимо насочването на светлината в подходяща посока и съответната й преработка в електрически сигнал.



Втората основна точка в прехода към CMOS оптични трансийвъри е изключително високото ниво, постигнато от AMD, IBM и Freescale в разработката на процеса SOI. Благодарение на факта, че силицият и силициевият диоксид се различават от светлинна гледна точка (става въпрос за инфрачервени лъчи), става възможен по-пълният контрол над светлинните лъчи.


Като трета основна точка може да се посочи наближаването на границите във способността на медните проводници да пренасят успешно големи количества информация с много висока честота. Това налага търсенето на техни алтернативи – нещо, което допреди 10 години не беше особено наложително. Като пример за подобна нужда може да се посочи разработката на 100-гигабитова мрежа. Макар в сегашния момент с 10-гигабитовите мрежи да няма проблеми като интерференция и смущения на сигнала, преходът към по-високо ниво на трансфер е изключително затруднен от появата на тези ефекти.



Приложение, предимства и недостатъци


Областите на приложение на оптичните CMOS трансийвъри е неограничена, тъй като на практика те могат да заместят всеки метален кабел. Захранването на интегрираното в кабела устройство може да става чрез самия порт, към който то се свързва, а енергията, необходима за неговата работа, е изключително малка.



Предимствата от употребата на оптично-електронни трансийвъри е очевидна – веднага отпадат ограниченията относно ефективната дължина на проводника. Същия този HDMI кабел, ограничен до 15 метра, сега може да има дължина от над 2 километра, без да се появяват смущения или интерференция в сигнала! В допълнение, теглото на фиброоптичните кабели ще е над 10 пъти по-малко, отколкото на техните медни аналози. Това може да не изглежда голяма разлика за дължини от порядъка на 15–20 метра, но нещата съвсем не стоят така при изграждането на еднокилометрова отсечка с гигабитова мрежа.


Недостатъците на фиброоптичните аналози на класическите кабели е главно една – тяхната цена. В сегашния момент техните области на приложение са твърде малко на брой, за да е оправдано широкоспектърното им производство, ето защо цените им са сравнително високи. Въпреки това постепенният преход към фиброоптика със сигурност ще промени това в близко бъдеще.


Добрил Доков

About the author

Редактор

Leave a Comment