טכנולוגיה: מתי נוריד סרט תוך 4 שניות?

הם נמצאים מסביבנו כל שעות היממה, והיו כאן מאז ומתמיד. אך רק בשנה האחרונה, הצליחו מדענים לגרום לשני יסודות נפוצים בטבע ליצור ביחד משהו שמהווה ציון-דרך נוסף בעולם הטכנולוגיה המודרנית.

באנגלית קוראים לזה Silicon Photonics, בעברית אפשר לקרוא לזה בפשטות סיליקון מבוסס אור. סיליקון הוא אחד היסודות הנפוצים ביותר על כדור הארץ. הוא מופיע בצורתו הלא-טהורה מסביבנו בסלעים, וכמובן בחול הים. את האור אין צורך להציג.

היכולות של חלקיקי האור (פוטונים) להעביר מידע מנוצלת שנים רבות. כיום מנסות חברות ענק כמו אינטל, וגם חברות קטנות בהרבה, לבצע את הכישוף הגדול: להפוך את החול שממנו מייצרים סיליקון לזהב, שיעביר פוטונים במהירות האור.

התוצאה תהיה רכיבי תקשורת מהירים, שיאפשרו למחשבים להעביר

 כמויות מידע אדירות ביניהם, כאילו המידע היה בזיכרון שלהם; מעבדים חדשים, שיתבססו על אור בתוך המחשב, ויתקשרו במהירות עם הרכיבים השונים; וגם חיישנים רפואיים חדשים שיוכלו לזהות מחלות ובעיות בפשטות ובעזרת ציוד זול.

לא חזון רחוק

המעבר לאור, שנראה בהתחלה כחזון רחוק, נועד לפתור את הפקק הגדול שאתו מתמודדת תעשיית המעבדים והמחשבים כולה. אחרי 40 שנה של פיתוח מעבדים הצליחו החברות להגיע למעבדים מהירים במיוחד, המסוגלים להתמודד עם משימות שפעם נראו קשות, כמו עיבוד וידאו, או משחקים המציעים גרפיקה בזמן-אמת, וכל זה במחשב הביתי שלנו.

אבל כמו שיודע כל נוסע בנתיבי איילון בשעות הבוקר, האוטו החדש והנוצץ שקנית לא ממש עוזר לך לצאת מהפקק בארלוזורוב. כך גם במעבדים. המידע שיוצא מן המעבד, צריך לעבור על חוטי נחושת איטיים - מה שלא מאפשר ניצול אמיתי של יכולות החישוב.

לכן, המטרה הראשונה של השידוך בין סיליקון לחול היא רכיבי תקשורת אופטית זולים, שיהיה ניתן לשלב בכל מקום. היום כבר קיימות מערכות תקשורת כאלו, שעובדות בהצלחה ונמצאות בשימוש נרחב בארץ ובעולם.

דולרים בודדים מול עשרות אלפים

אבל לתקשורת אופטית יש בעיה. מצד אחד, הסיבים האופטיים זולים למדי, אך ציוד התקשורת שנדרש ב"קצוות", בסוף הדרך, הוא יקר להחריד. בשל כך הוא משמש את חברות התקשורת רק בצמתים מרכזיים, שבהן אין ברירה אלא להשתמש בו. המחיר הגבוה מעכב את פריסת הסיבים האופטיים, כיוון שהחבילה הופכת ללא-משתלמת.

במקביל, העובדה שבכל שנה ידרשו המשתמשים בעולם קצב תקשורת גדול יותר, היא כבר לא חזון תיאורטי. בשביל להזרים אלינו סרטים ישירות הביתה, מוזיקה באיכות גבוהה, וכל מידע אחר, ידרשו חברות התקשורת להגביר את הקצב. לשם כך הן יזדקקו לציוד תקשורת אופטי זול יותר, שאותו אפשר יהיה להתקין בנקודות רבות יותר.

יצור רכיבים לתקשורת אופטית המבוססים על סיליקון יהפוך אותם זולים בהרבה. רק לשם השוואה, פרוסת סיליקון עולה מספר דולרים בלבד. לעומת זאת, פרוסת החומר האקזוטי, שבו משתמשים כיום בציוד התקשורת, כמו אינדיום פוספייד, או גאליום ארסנייד, עולה לא פחות מ-10,000 דולר.

האור יותר קל

נוסף על המחיר, היתרונות הם עצומים: חלקיקי האור קלים פי 250 אלף מאלקטרונים

 העוברים בחוטי הנחושת וגם תופסים מקום קטן יותר, כך שניתן להעביר יותר מידע בפחות מקום. אפשרות נוספת, בטווח הרחוק יותר, היא לייצר מעבדים למחשבים אישיים, שכל התקשורת הפנימית שלהם מבוססת על אור.

המעבד יעביר מידע במהירויות פנטסטיות, ויתקשר עם רכיבים אחרים במחשב באותן המהירויות. בעזרת סיליקון ואור, יהיה ניתן ליצור גם לייזר בקלות רבה יותר, עם ציוד זול במיוחד. אחד מכיווני המחקר כיום הוא להגביר, באמצעות הסיליקון, קרן לייזר שנכנסת למעבד, ולהוציא אותה חזקה פי כמה.

לייזרים כאלו יוכלו לשמש בציוד רפואי ובטיפולים רפואיים שונים. אינטל היא החברה הראשונה שהצליחה להדגים את הטכנולוגיה הזאת, של יצירת לייזר באופן רציף.

ואכן אינטל היא שחקנית ראשית בתחום המחקר בין סיליקון לאור. הסיבה ברורה: החברה מחזיקה מפעלי סיליקון בכל רחבי העולם, שמייצרים את המעבדים שלה. את הניסיון הזה היא רוצה לנצל על-מנת ליצור מהסיליקון מוצרים חדשים, שיפתחו בפניה שווקים חדשים.

על החשיבות שמייחסת אינטל לתחום אפשר ללמוד ממה שאמר סגן נשיא בכיר של החברה, פטריק גלסינגר, האחראי על חטיבת הארגון הדיגיטלי: "היום, טכנולוגיה אופטית היא נישה. מחר היא אבן-היסוד של כל צ'יפ שנייצר". החברה הציגה בשנה האחרונה שני פיתוחים פורצי-דרך בתחום: האחד, הלייזר הרציף, והשני - הלייזר הראשון שעובר בסיליקון.

לפריצות הללו אחראים חוקרים במעבדות המחקר של אינטל בסנטה קלרה, אבל את האור לגויים מספקים גם חוקרי השלוחה הישראלית מירושלים, השותפים למחקר. למרות שלאינטל יש מרכזי פיתוח מכובדים בארץ, הצוות הישראלי הפעם הוא חריג בצוות החוקרים.

"קודם נלמד את עצמנו"

נחום יצחקי, מנהל מחלקת פיתוח הפוטונים באינטל: "הצוות בארה"ב חיפש מפעל שעליו יהיה ניתן לבחון תהליכי יצור של השבבים. זה הצריך חוקרים, המיומנים הן בתהליכי יצור והן בתחומי המחקר, והם מצאו את השילוב הזה במפעל בהר החוצבים".

למרות שיצחקי עצמו הוא חלק בלתי נפרד מהמחקר בתחום ברמה העולמית, גם הוא מתקשה לנחש להיכן זה יכול להגיע: "יש הרבה אי-ודאות בכל מה שקשור לכך. אנחנו מבצעים את המחקר קודם כל למטרת המחקר, כדי ללמד את עצמנו. ויש דברים שאנחנו מגלים, שניתן יהיה, לאחר מאמץ גדול, להפוך למוצרים. וזה משהו שיקרה בטווח השנים הקרובות".

הסוד של לקסטרה

אל מול אינטל ניצבת חברה קטנה ומסקרנת, עטורת שמות נוצצים, שפרצה לכותרות בחודש האחרון עם פריצת-דרך משמעותית בתחום. לקסטרה (Luxtera) הצליחה ליצור את הממיר הראשון, שמסוגל להפוך את חלקיקי האור חזרה לשפת המחשב (צירופי 0 ו-1), פועל במהירות של 10 ג'יגה-ביט לשנייה, וכולו מבוסס על סיליקון.

מהירות כזו מסוגלת לשגר אליכם הביתה סרט DVD באורך מלא בתוך 4 שניות בלבד. לקסטרה מצליחה אפילו ליצור את האור באמצעות העברת מתח חשמלי בסיליקון ולא נזקקת למקור אור חיצוני. לא רק זאת, אלא שהחברה הבטיחה, כי תציע את הממיר בצורה מסחרית כבר לקראת סוף 2006 או תחילת 2007.

הפיתרון של לקסטרה, מבטיחים בחברה, שונה לחלוטין מזה של אינטל, ויאפשר הרחבה משמעותית של קצב העברת הנתונים בשנים הבאות. לקסטרה עצמה שומרת מאחורי מסך-עשן את הדרך שבה הצליחה לבצע את המשימה. החברה קמה על בסיס קרוב למאה פטנטים שפותחו בתחום במכון הטכנולוגי של קליפורניה, Caltech.

מימון מהצבא האמריקני

נוסף על כך, גייסה אליה כמה מהשמות הנוצצים בענף. המייסדים אלכס דיקינסון, קארי גאן ואילי יבלונקוביץ, מגיעים עם מסורת מפוארת של הצלחות. דיקינסון רשם לזכותו 50 פטנטים כאשר היה מהנדס במעבדות בל, והמשיך אחר-כך כיזם סדרתי של חברות סטארט-אפ. גאן היה קצין פרוייקטים בכיר בחיל האוויר האמריקני, ועבר למחקר באוניברסיטת CalTech.

באוקטובר 2003 הכתיר אותו מגזין הטכנולוגיה של MIT כאחד ממאה הממציאים המובילים בעולם. יבלונקוביץ נחשב לפיזיקאי בכיר, עטור פרסים על המצאות הקשורות לחומרים המסוגלים להעביר פוטונים. בכירים נוספים מגיעים מאינטל, ממוטורולה, ואפילו מהצי האמריקני.

הצבא האמריקני מספק ללקסטרה לא רק כוח-אדם אלא גם מימון. החברה מקבלת מסוכנות המחקרים של משרד ההגנה האמריקני DARPA סכום של 12 מליון דולר בשנה כדי לממן את מחקריה.

תלות מסוכנת

גם סגן הנשיא לשיווק של החברה, גבריאל סרטורי, הוא פנים מוכרות בענף. הוא כיהן במשך שבע שנים כמנהל השיווק האסטרטגי של חברת מעבדים מענינת לא פחות, AMD. לסרטורי נקודת מבט מיוחדת על כך שלקסטרה היא חברת מעבדים ללא מפעלי יצור משלה.

לקסטרה מסתמכת על חברת פריסקייל, שכבר עתה מבצעת ניסויים בייצור השבבים החדשים, אך הדבר עלול ליצור לה תלות מסוכנת בעתיד. מקרה ידוע בענף הוא של טרנסמטה, חברת מעבדים, שניסתה לייצר מעבדים חדשניים לניידים ללא מפעלי יצור משלה, וכשלה.

בשיחה עם בשיחה עם ידיעות אחרונות, סרטורי נשמע בטוח בהצלחה, למרות הקשיים: "יש הרבה דוגמאות מוצלחות לחברות מעבדים שאין להן מפעלי יצור, למשל Nvidia. הבעיה של טרנסמטה היתה בשוק היחודי שניסתה לחדור אליו, שוק שבו גם AMD, שהיא מספר שתיים בענף, לא הצליחה להילחם בענק כמו אינטל. אנחנו לא בעמדה הזו. אם כבר, המוצרים שלנו יכולים לשפר את המוצרים של אינטל ו-AMD, לא להתחרות בהם".