פיתוח ישראלי חדש: שבב שמשלב אופטיקה ואלקטרוניקה

"אנחנו חיים בעולם של מידע", אומר פרופ' אוריאל לוי מהאוניברסיטה העברית. "כל מייל, כל שיחת טלפון וגם כל זיכרון הם מידע שעובר. ככל שכמות המידע גדלה, כך גדלים האתגרים".

בשנים האחרונות מדברים בעולם ההייטק על "סופו של חוק מור". מדובר בחוק שהגדיר ב-1965 גורדון מור, לפיו יכולות העיבוד הקיימות בידי האנושות מכפילות את עצמן בערך כל שנתיים, על גבי מכשירים באותו גודל ובאותו מחיר, בזכות פריצות דרך מדעיות והנדסיות. ב-2015 הכריזה חברת אינטל כי נראה כי הקצב הואט, וישנו חשש כי בשלב כלשהו שיפור כושר העיבוד בשיטות הקיימות ייעצר. בינתיים המחשבים הופכים להיות טובים יותר לא משום שיחידת העיבוד משתפרת, אלא משום שהם כוללים מספר מעבדים הפועלים יחד בצורה מקבילית. במקביל הדרישה העולמית לעיבוד מידע מהיר וזול, רק הולכת ועולה.

"כיום, טכנולוגיית העיבוד מבוססת על שערים לוגיים אלקטרוניים", מסביר לוי, "מדובר ביחידות אלקטרוניות שיכולות להיות דלוקות או כבויות והן אחראיות לעיבוד מידע ואגירת מידע. לעומת זאת תעבורת המידע אינה אלקטרונית אלא אופטית: כשאנחנו מעוניינים להעביר הרבה מידע לטווח רחוק, אנחנו עושים זאת על גבי סיבים אופטיים. גל האור יכול להעביר במהירות רבה כמות גדולה יותר של מידע, מאשר אלקטרונים בקווי מתכת".

לוי אומר כי "עם התפתחות טכנולוגיות הענן (חוות שרתים), התפתח טרנד של שימוש בסיבים אופטיים לטווחים קצרים. למשל, המידע של תיבת הג'ימייל שלך יושב במרכז המידע של גוגל, חדר ענק מלא בשרתי מחשבים, ואילו המידע שמשויך לג'ימייל שלי נמצא מטר משם, בחדר שני. כשאימייל נשלח מתיבה אחת לשנייה הוא עובר בין השרתים בסיב אופטי.

"אופטיקה היא טכנולוגיה קשה למיזעור. הרבה חברות בתחום מנסות למזער סיבים אופטיים, כדי שאפשר יהיה להכניס אותם לתוך המחשב. יש פריצות דרך רבות בתחום, של חברות כמו אינטל או IBM ואוניברסיטאות שונות".

הפתרון של לוי וצוותו הוא פיתוח שבבים המורכבים מסיבים אופטיים זעירים.

"כשמייצרים סיבים אופטיים, הם אינם מדויקים ברמה הדרושה. האתגר הוא כזה: נניח שיש לך רדיו, שקולט את גלי הקול. כשאת מכוונת אותו לתחנה, נניח 88FM, את משתמשת בפילטר, שמעביר רק את תדר התחנה הזאת ולא של תחנות אחרות. כך הגל - במקרה של סיב אופטי מדובר בגל אור ולא בגל קול כמו ברדיו - יעביר הרבה מידע ואת תקלטי מה שאת צריכה. הבעיה היא שהסינון לא לגמרי מדויק".

קיימים כיום שבבים אופטיים, אך בשל הקושי לייצר פילטרים מדויקים, השבבים הקיימים כיום קולטים רק תדרים מעטים, מרוחקים זה מזה. בכך הם מאבדים חלק מהיתרון של הסיב האופטי, שהוא העברת כמויות גדולות של מידע.

הפילטר הקלאסי הוא מעין טבעת עשויה מסיליקון שמושחלת סביב הסיב האופטי, אשר 'מזרימה' את האור אליה, בתדר מסוים. איך גורמים לכל פילטר להזרים צבע אור קצת אחר? פריצת הדרך של לוי וצוותו היא כזאת: "אנחנו מזריקים אלקטרונים לפילטר ומשנים את התפלגות האלקטרונים בסיליקון". הטכנולוגיה שבה משתמש לוי דומה לזו המשמשת בייצור זיכרון פלאש, אך השימוש בה הוא אחר לגמרי.

איך הגעתם לרעיון הזה?

"הקבוצות העוסקות בתחום הן לרוב אחת משתיים: מתחום האלקטרוניקה או מתחום האופטיקה, הקבוצה שלנו שילבה בין אנשים בעלי ידע באופטיקה, אלקטרוניקה וגם ננוטכנולוגיה. אני עובד עם פרופ' אמריטוס יוסי שפיר, שמגיע מתחום המיקרואלקטרוניקה ומכיר את ההיסטוריה של התחום. נוצר אצלנו שילוב אנושי שאיפשר לפתח רכיבים אופטיים שמכילים מיקרואלקטרוניקה. עם זאת, הרעיון לבדו לא הספיק: צריך לייצר את זה".

מה הלאה?

"ננסה להלהיב את החברות הגדולות, ואם לא, נראה שאחד הסטודנטים שלי יפתח סטארט-אפ. אם וכאשר הרעיון באמת יגיע למוצר קיים, אני מעריך שניתן יהיה להאיץ מאוד את עיבוד המחשבים כמו גם את התקשורת לטווח קצר. זה קריטי במסחר מקוון, שבו יתרון של חלקיק שניה יכול להיות קובע. בניו יורק המחיר של המשרד שלך יכול להשתנות לפי הקירבה לסיב האופטי שמעביר מסרים לזירת המסחר".