Explosieve ontwikkelingen in de telecommunicatie technologie

Vandaag kan je, dankzij de explosieve ontwikkelingen in de telecommunicatie technologie, eender waar, wanneer en met eender wie videobellen. Die vooruitgang van de telecommunicatie technologie is enkel mogelijk dankzij de snelle ontwikkeling van onderliggende technologieën.  Zo zijn er bijvoorbeeld optische  glasvezelkabels op de bodem van de oceaan, die miljoenen gigabytes per seconde kunnen transporteren aan de lichtsnelheid tussen verschillende continenten, en datacentra die de gegevens van duizenden gebruikers kunnen beheren en verdelen in enkele milliseconden. Deze infrastructuur heeft de deuren geopend voor innovaties die niet meer weg te denken zijn uit het dagelijkse leven, zoals Instagram of YouTube. Deze ontwikkelingen stellen ons in staat om informatie en goederen te delen met de hele wereld. Het onwaarschijnlijke succes van diensten zoals YouTube, Amazon en Netflix zorgen er op hun beurt voor dat de vraag naar nieuwe technologieën verder toeneemt. Zo spendeert Amazon bijvoorbeeld ruim twintig miljard euro per jaar aan onderzoek naar nieuwe software en hardware.

Om de snelheid van gegevensoverdracht te verhogen in datacentra en nieuwe snellere netwerk infrastructuur te voorzien voor 5G en 6G netwerken, is nieuwe hardware nodig. Zowel voor datacentra en 5G netwerken is één van de voornaamste soorten hardware die veel innovatie vergt het geïntegreerde circuit, of integrated circuit (IC). Dit is een chip, meestal gemaakt uit silicium en slechts een paar vierkante millimeter groot, die complexe elektronische circuits bevat. Sommigen van deze ICs zijn gemaakt om berekeningen te doen (zoals CPUs in je laptop), andere ICs dienen dan weer om draadloze signalen (zoals WiFi, 4G en 5G) te ontvangen en om te zetten in data die een CPU begrijpt. Je smartphone, laptop en zelfs auto bevatten tientallen van deze chips.

Figuur 1: Een photonic integrated circuit (PIC) op een printplaat met glasvezelkoppelaar. Deze PIC, ontwikkeld door imec, dient als hogesnelheid optische zender en ontvanger voor datacentra.

Sinds enkele jaren speelt ook een nieuw soort IC een belangrijke rol, namelijk een photonic integrated circuit (PIC). Zo een PIC werkt met licht in plaats van elektriciteit en laat toe een volledig optisch circuit te integreren (met lasers, filters en detectoren) op een chip van enkele vierkante millimeter. Verder kunnen deze chips gefabriceerd worden met technieken ontwikkeld voor het fabriceren van de ICs die in je smartphone en laptop zitten. Dit laat toe deze PICs tegen een zeer lage prijs en in heel grote oplages te fabriceren. Momenteel spelen PICs al een cruciale rol in datacentra, waar ze gebruikt worden als essentiële bouwblokken voor compacte optische zenders en ontvangers die tot wel 400 Gigabit per seconde kunnen versturen. Zulke producten worden sinds enkele jaren door grote spelers zoals Intel, Amazon en Facebook ontwikkeld en verkocht.

In de Photonics Research Group in Gent, een samenwerking tussen Universiteit Gent en imec, onderzoeken we hoe deze PICs gebruikt kunnen worden om grote hoeveelheden data te versturen in toekomstige 5G netwerken. Zo hebben we als eerste aangetoond dat het mogelijk is om een PIC te gebruiken als optische zender en ontvanger voor 5G netwerken. Verder hebben we experimenteel gedemonstreerd dat optische zenders en ontvangers gebaseerd op PICs heel hoge datasnelheden toelaten die essentieel zijn voor 5G netwerken. Door gebruik te maken van deze PIC technologie, die origineel ontwikkeld was voor datacentra, is het ook mogelijk deze zenders en ontvangers te fabriceren in grote oplages tegen lagen prijzen. Dit is een noodzakelijke eigenschap, gezien in 5G netwerken een enorme hoeveelheid aan optische zenders en ontvangers nodig zal zijn.

Gebaseerd op deze resultaten van de Photonics Research Group wordt verwacht dat PICs een belangrijke rol zullen spelen in het realiseren van een performant 5G netwerk.

Recente artikels:  doi:10.1109/LPT.2018.2867930, 10.1109/JLT.2020.3021175,  doi:10.1109/lpt.2018.2889537