|
الضوء .. كلنا يراه في شعاع الشمس في الظهيرة,
أو نور المصباح في الحجرة, أو ضوء النجوم الخافت من النافذة. ولكن هل
حاول أحدنا أن يمسكه? أن يروضه? أن يصنع منه سلكا أو خيطا? ليس في عالم
الأساطير التي تغزل فيه الحوريات نور القمر وترتديه ثوبا فضيا يذوب مع
أمواج البحر, ولكن في عالم الواقع .. عالم الكمبيوتر أو عالم الإنترنت.
في هذا الوجود نتجول معا في رحلة مع الضوء وصراع العلماء معه لترويضه
وسجنه في سلك أو معالج. يؤكد الخبراء أنه سرعان ما ستصل المعالجات
المصنوعة من السليكون إلى أقصى سرعة متاحة لها وينتهي الأمر بها عند
طريق مسدود. فهل تكون هذه هي النهاية ويتوقف الأمر عند هذا الحد? ربما
تكون الإجابة في تقنية الكمبيوتر الضوئية, قضت المعالجات المصنوعة من
السليكون في فترة الخدمة حتى الآن حوالي ثلاثين عاما وربما تقضى في
الخدمة عشر سنوات أخرى. ولكن عندما يصل التصغير والسرعة إلى أقصى حد
ممكن مع الشرائح الإلكترونية المصنوعة من السليكون سيصبح إحالة شرائح
السليكون إلى المعاش أمرا حتميا, لأن المستقبل يعني في الكمبيوتر
السرعة والصغر وهما مضمارا سباق لا هوادة ولا رحمة فيهما. اللاعبان
الأساسيان في هذين المضمارين هما شركتا انتل و"إيه إم دي" اللتان
تفكران فيما بعد سنة 2017 وهي السنة التي يعتقد الخبراء أن شرائح
السليكون لن تصبح عملية في صناعة الكمبيوتر ولن تسمح بالوصول إلى
السرعات المطلوبة في نفس الوقت (ربما 100 جيجاهيرتز وربما 10 تيراهيرتز
وربما يتم ابتكار معيار للسرعة غير الميجا وغير التيراهيرتز) وتفكر
الشركتان حاليا في تقنية جديدة تصل بهما إلى السرعات المطلوبة لكسب
الميدالية الذهبية في نهاية السباق. ترى ما البديل لشرائح السليكون?
التقنية الكمية Quantum Computing)?( أم تقنية الشريط الوراثي (دي إن
إيه) DNA Computing? لم تستخدم أي من التقنيتين لتكوين أو تصميم جهاز
كمبيوتر عملي متعدد الاستخدام فكل منهما مستقبلها, وإن كان يشوبه بعض
الغموض, كما أنهما ليستا التقنيتين الوحيدتين لتصنيع المعالجات, فهناك
تقنية كمبيوتر أخرى جديدة يفكر فيها أغلب الخبراء ويتحدثون عنها عندما
يسألون عن تقنيات الكمبيوتر والمعالجات المستقبلية, ويبدو أنها الورقة
الرابحة في هذا الرهان ... رهان التقنية الجديرة بتولي عرش الكمبيوتر
خلال المستقبل البعيد وهي تقنية الكمبيوتر الضوئية أو الفوتونية
(Optical Computing) أو (Photon Processing) والتي تعني تصنيع
المعالجات ومكوناتها من مواد ضوئية أو فوتونية أي تتعامل مع الضوء ولا
تتعامل مع الإلكترون. قوية ولكنه ضوء : هناك وسيلتان لزيادة سرعة
الكمبيوتر إما بجعل المعالج سريعا في حد ذاته بتصنيعه بتقنية معينة
وترتيب المكونات داخله بأسلوب معين , أو باستخدام عدد كبير من
المعالجات بشكل متواز أي تعمل جميعها معا في نفس الوقت. وكل من تقنية
الكوانتم وتقنية الشريط الوراثي يعملان بشكل متواز , بل ويعتمدان أصلا
على التوازي, وهذا هو سر أدائهما. أما التقنية الضوئية فتعتمد على
معالج ضوئي واحد فقط سريع في حد ذاته, وربما يكون السؤال الذي يراود
القارئ الآن هو: لماذا تكون المعالجات الضوئية أسرع من المعالجات
الإلكترونية (المصنعة من شرائح إلكترونية)? والجواب لأن العقبات التي
تعترض سباق السرعة في معالجات السليكون كثيرة ومتعددة, ولا ينبغي أن
نغفل الحقيقة العلمية التي تقول إن الإلكترونات بطيئة جدا !, ولو لم
تكن بطيئة لما كانت تلك الحرب الضارية والسباق الشرس على تصغير حجم
المعالج والترانزستورات إلى أقصى حد ولأن الإلكترونات بطيئة , فإن الحل
المنطقي الوحيد هو تقليل المسافات التي تقطعها هذه الإلكترونات. ولكن
للتصغير أيضا مشاكله, التي تختلف عن الصعوبات الخاصة بعمليات التسجيل
الضغطي عند اقتراب الحجم من الطول الموجي للضوء حتى لو كان الضوء فوق
البنفسجي الشديد القصر في الموجات الضوئية, إلى زيادة التسخين والتأثير
المدمر مثل الاختراق الميكانيكي الكمي. كيف تتحرك الإلكترونات ببطء
داخل المعالج? تعتمد سرعة الإلكترونات وحركتها على قوة الفولت ودرجة
الحرارة ومجموعة من العوامل الأخرى . وليس من المجدي التقليل المستمر
لقوة الفولت لتقليل تسرب الحرارة, والحد الأقصى لسرعة الإلكترون 100ألف
متر في الثانية في حين أن سرعة الضوء 300 مليون متر (300 ألف كيلومتر
في الثانية), أي أسرع من الإلكترون بنحو ثلاثة آلاف مرة. ولن تكون
الاتصالات الضوئية السريعة ذات قيمة إذا كانت عمليات المنطق الضوئي
بطيئة, ولكن التقنية الضوئية تحمل لنا الأمل في مفاتيح أسرع وعمليات
منطق أسرع بكثير من المفاتيح التقليدية والسبب في سرعة المفاتيح هو عدم
تفاعل الفوتونات مع بعضها البعض , حيث لا تحمل أي شحنات كهربائية أو
مجالات محيطة بها. المفاتيح الضوئية: المفتاح الإلكتروني هوالجزء
الأساسي في كل مكونات الكمبيوتر الإلكترونية في الماضي والحاضر, وعكس
المفتاح الميكانيكي اليدوي الذي يتحكم فيه الإنسان في مسار تيار
الكهرباء بالإجراء اليدوي العادي يسمح المفتاح الإلكتروني بتدفق
الكهرباء في دائرة تتحكم فيها إشارة كهربائية من دائرة أخرى, وكانت
المفاتيح الإلكترونية الأولى تحتوي على صمامات ومجسات, أما الآن فتحتوي
المفاتيح الإلكترونية على ترانزستورات. والمفاتيح الإلكترونية هي حجر
الأساس في بناء البوابات المنطقية والذاكرات وأي مكون آخر في جهاز
الكمبيوتر, ولبناء كمبيوتر بمكونات ضوئية تعمل مثل مكونات الكمبيوتر
الإلكترونية الحالية, فنحن نحتاج إلى مفتاح ضوئي. وإذا كان المفتاح
الإلكتروني الضوئي الذي يستخدم إشارة إلكترونية في فتح وإغلاق شعاع
ضوئي لا يمثل أي مشكلة تقنية على الإطلاق فإن ذلك لا ينطبق على صناعة
المفتاح الضوئي الخالص الذي يتحكم فيه شعاع ضوئي في فتح وإغلاق شعاع
آخر. وليست المشكلة في أن صناعة المفاتيح الضوئية أمر مستحيل, ولكن من
عدم جدواها عمليا في الوقت الحالي, والعلماء يصنعون المفتاح الضوئي
حاليا من مواد يتغير معامل انكماشها Retroactive Index عندما يخترقها
شعاع ليزر قوي. وبهذه الطريقة يمكن تغيير مسار شعاع ضوء آخر بتمريره
خلال تلك المادة, ووجد أن المادة التي تتميز بهذه الخاصية هي مادة
الليثيوم نيوبيت Lithium Niobate, ومشكلة المفتاح الضوئي الخالص,
وبالأخص مشكلة بلورات الليثيوم نيوبيت - وأغلب المواد الضوئية الأخرى
غير الخطية هي أن شعاع الفتح والإغلاق لابد أن يكون قويا جد ا, وهذا
يعني أن أغلب أجهزة الكمبيوتر الضوئية ستكون شرهة في استهلاك الطاقة
وتسريب الحرارة الناجمة عن المفاتيح الضوئية مما يتسبب في مشكلة ضخمة,
ولهذا يبتعد أغلب الباحثين حاليا عن تقنية المعالجات الضوئية بسبب
صعوبة وتعقيد مشاكلها الفنية. والاتجاه السائد حاليا هو استخدام
التقنية الضوئية في المكونات التي تصلح لتصنيعها من المواد الضوئية,
بدلا من محاولة تطبيق التقنية الضوئية في مكونات ومجالات من الأفضل
تركها للتقنية الإلكترونية. استثناء: يمكن الخروج من مأزق التقنية
الضوئية بوسيلة واحدة فقط هي الترانزستور الفوتوني الذي ابتكره مركز
أبحاث الجبل الصخري (Rocky Mountain Research Center) وباع حق تطويره
لشركة سايبر داين كمبيوتر في ولاية أوتاه بمدينة سان جورج, ولا يستخدم
هذا الترانزستور الضوئي موادا غير مألوفة مثل اللثيوم نيوبيت ولا يحتاج
إلى أشعة ليزر قوية, بل يستخدم عناصر ضوئية رخيصة من البلاستيك وأشعة
ليزر منخفضة القوة, ويعمل بمبدأ التداخل الموجي (Wave Interference)
وتقول الشركة إن الترانزستورات الفوتونية قادرة على تمرير وفصل شعاع
ضوء كل 30 فمتو ثانية, أي كل ثلاثين وحدة من مليون وحدة من النانوثانية
(النانو ثانية جزء من بليون من الثانية), ومن المعروف أن سرعة تمرير
تيار الكهرباء في المعالج بسرعة واحد جيجاهيرتز تساوي واحد نانوثانية,
ويعني هذا إمكانية الوصول إلى سرعة تمرير تيار الشعاع الضوئي كل واحد
فمتوثانية. التوصيلات الضوئية: يمكن استخدام الألياف الضوئية في تصنيع
كابلات الاتصالات عالية السرعة, حيث لم تتضح بعد الجدوى العملية لتصنيع
المفاتيح الضوئية. ويفحص عدد من الباحثين حاليا إمكانية استخدام مزيج
من التقنية الضوئية والتقنية الإلكترونية, فالمفاتيح الإلكترونية
ستستخدم في تنفيذ العمليات المنطقية, بينما ستستخدم المفاتيح الضوئية
في عمل التوصيلات الداخلية.. ويتميز الضوء بسمات أخرى مفيدة منها زيادة
سرعة مرور البيانات في ألياف الكابلات والوصلات الضوئية. كان معالج
انتل 4004 أول معالج في التاريخ يحتوي على 16 دبوس فقط.. وبعد مرور
ثلاثين عاما يحتوي معالج بنتيوم 4 على حوالي 423 دبوس توصيل. وعندما
نفتح أي جهاز كمبيوتر وننظر إلى اللوحة المركزية, فإننا لا نرى المعالج
نفسه ولكننا نرى الأسلاك والتوصيلات المتصلة بالمعالج. ومن السهل صناعة
هذا العدد من الوصلات مقارنة بصعوبة تصنيع المعالج نفسه الذي يبدو في
شكل مستطيل صغير من السليكون. ولا يقتصر الأمر على ذلك, فهناك المشاكل
الميكانيكية العديدة التي تنجم عن حشر عدد كبير من الأسلاك في مكان
صغير, فلابد أن تكون الأسلاك رفيعة حتى يمكن تثبيتها بسهولة مما يؤدي
إلى زيادة مقاومتها وهذه مشكلة أخرى, ولابد من توصيلها بجوار بعضها
البعض, الأمر الذي يسبب تبادل المجال الكهربي بسبب مضاعفة السعة. أليس
من الأفضل إذن والحال هكذا استخدام أشعة الليزر بدلا من التوصيلات
السلكية? مبدئيا, لا يبدو هذا الاقتراح معضلة عسيرة أو صعبة التنفيذ,
فعندما تحتاج إلى بيانات من المعالج وبدلا من توصيل سلك بحافة المعالج
يمكنك استخدام صمام ثنائي من الليزر Laser Diode في نقطة إصدار إشارة
البيانات على المعالج. وعندما تريد إدخال أمر في المعالج يتم إدخال
صمام ضوئي ثنائي على سطح الشريحة, ويلتقط الصمام الضوئي الثنائي
الموجود على أحد الشرائح الإلكترونية شعاع الليزر المنبعث من صمام
الليزر الثنائي المثبت على شريحة أخرى, وهكذا نكون قد وجدنا بديلا
للوصلات السلكية. ومن مميزات الوصلات الضوئية أن أشعة الليزر لا تتداخل
مع بعضها البعض ولا تحتاج إلى مواد عازلة أو إشارة إلكترونية مثل
الأسلاك العادية, بل ولا تحتاج إلى فراغ أو مساحة كبيرة لحشرها مثل
الأسلاك وبدون أي آثار جانبية تذكر. وقد ابتكرت الأبحاث الأوروبية
توصيلات ضوئية عالية السرعة في مساحة فارغة بين معالجات الكمبيوتر
بمعدل نقل بيانات وصل إلى واحد تيرابايت من البيانات (التيرابايت
Terabyte يساوي ألف جيجابايت), بينما سعة الذاكرة في بنتيوم 4 تصل إلى
3.2 جيجابيت, ورغم أن هذه السعة تعد إنجازا بالنسبة للمعالج السابق
لكنها بطيئة للغاية عند مقارنتها بأول رقم تحققه الألياف الضوئية في
نقل البيانات بنسبة تصل إلى واحد إلى عدة مئات. رغم أنه سيمضى زمن طويل
حتى يظهر معالج ضوئي , فإن التقنية الضوئية متقدمة جدا في مجالات أخرى
مثل التخزين الضوئي في شكل اسطوانات ليزر ومشغلاتها التي أصبحت لفترة
طويلة جدا جزءا أساسيا من مكونات الكمبيوتر. تطور تقنيات تسجيل
أسطوانات الليزر : تستطيع أسطوانة الليزر استيعاب ما يقرب من 700
ميجابايت من البيانات, حيث يتم التخزين بوجود أو غياب الحفر في طبقة
عاكسة من الألومونيوم. ولا تختلف أسطوانة الليزر التي تسمح بإعادة
الكتابة عن الاسطوانة العادية (التي تسمح بالتسجيل لمرة واحدة فقط) سوى
في قدرة الانعكاس في طبقة التسجيل, وعند القراءة تقوم عدسة ليزر مضيئة
بتسليط ضوئها على طبقة أسطوانة الليزر وتفحص مقدار الضوء المعكوس إليها
مرة أخرى أثناء دوران الاسطوانة على محورها في المشغل. تستخدم مشغلات
DVD تقنية مشابهة ما عدا أن الحفر أصغر, الأمر الذي يتطلب استخدام ليزر
أقصر في الطول الموجي لقراءة البيانات, ومن الممكن أن تحتوي اسطوانة
الدي في دي على طبقتي ليزر في كل جانب حيث تكون الطبقة العليا في
الغالب شبة شفافة. عملية القراءة مشابهة لتلك التي تتم في أسطوانة
الليزر حيث يتم تسليط شعاع الليزر بقوة مختلفة على الطبقة العليا عن
قوة التسليط في الطبقة الدنيا. وتستطيع اسطوانة DVD التي تحتوي على
طبقتين من الألومونيوم العاكس في كلا جانبيها استيعاب قدر مذهل من
البيانات يبلغ 17 جيجابايت !! تستخدم مشغلات اسطوانات الدي في دي شعاع
ليزر أحمر لقراءة البيانات, على الرغم من أنه يكون بطول موجي أقصر من
شعاع الليزر الأحمر المستخدم في مشغل اسطوانة الليزر. وكلما قصر الطول
الموجي لشعاع الليزر - إلى نفس الطول الموجي للضوء الأزرق أو البنفسجي
مثلا- أمكن قراءة أدق التفاصيل. وتزيد قدرة تخزين المعلومات في مساحة
معينة, ومع ذلك لا يتعدى الفرق في الطول الموجي من نهايته إلى القطاع
المرئي إلى الآخر مقدار اثنين, وإذا علمنا أن كثافة تخزين البيانات
تتناسب تناسبا عكسيا مع مربع الطول الموجي (كلما قصر الطول الموجي
لشعاع الليزر كلما زادت كثافة تخزين المعلومات في مساحة معينة) بات من
الواضح أن فرصة زيادة كم البيانات التي يمكن تخزينها على اسطوانة
الليزر محدودة بالقدرة على تغيير الطول الموجي لشعاع الليزر فقط. يعتقد
كثير من الباحثين أن الوسيلة الوحيدة لتطوير اسطوانة الليزر إلى
اسطوانة DVD تمثلت في تغيير عدد طبقات الألومونيوم في كل جانب,
فالتخزين في اسطوانة DVD تخزين حجمي, فالبيانات تخزن من خلال حجم
المادة التسجيلية وليس على السطح كما هو الحال في اسطوانة الليزر, ولكن
هل يمكن تخزين المزيد من البيانات بزيادة عدد الطبقات الموجودة في
اسطوانة DVD? فإذا كانت الإجابة بنعم, فإننا نجد أنفسنا أمام مشكلة
فيزيائية وهي استحالة قراءة الفروق في الانعكاس بين عدد كبير من
الطبقات, ولهذا كانت الحاجة لتطوير وسيلة تسجيل البيانات , وبالفعل
نجحت شركة Constellation 3D في ابتكار الاسطوانة الفلورسنتية متعددة
الطبقات Fluorescent Multi-Layer Disc التي تستخدم تقنية الإشعاع
الكهرومغناطيسي (مقدار الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يشعه عنصر معين عند
تعرضه لإشعاع مستحدث, مثل أشعة إكس أو الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة
فوق البنفسجية أو الإلكترونات, حيث يمتص العنصر الشعاع قصير الموجة
ويصدر شعاعا مرئيا طويل الموجة). أسطوانة حجمها واحد تيرابايت !!!
عندما يسقط ضوء ذو طول موجي معين على مادة فلورسنتية, فإنها تصدر ضوء ا
بتردد منخفض مختلف. ومن أشهر الأمثلة على تقنية الإشعاع الكهرومغناطيسي
الأشعة فوق البنفسجية التي تجعل الصبغات في مساحيق الغسيل تتوهج باللون
الأزرق. ويمكن استخدام وجود أو غياب الصبغة الفلورسنتية في الطبقة
التخزينية على أسطوانة معينة لتخزين البيانات الثنائية. وبتسليط عدسة
ليزر على الأسطوانة وفحص الأجزاء التي تشع ضوء ا بالتردد الفلورسنتي
يمكن قراءة البيانات المخزنة في مثل هذه الطبقة. وهكذا يمكن وضع عدد
كبير من طبقات التخزين في اسطوانة واحدة وقراءة البيانات عليها
بالتركيز على طبقة معينة بعكس التسجيل الإنعكاسي في اسطوانة الليزر حيث
لا تنخفض قوة الأشعة الصادرة كلما مر الضوء خلال الطبقات الوسيطة وأمكن
صناعة اسطوانات تحتوي على مائة طبقة تخزينية. شركة C-3D واثقة أنها
باستخدام هذا العدد من الطبقات التخزينية (مائة طبقة) واستخدام الشعاع
الأزرق لتقليل حجم التركيز ستستطيع انتاج اسطوانة تصل قدرتها التخزينية
إلى واحد تيرابايت (ألف جيجابايت), وتخطط الشركة لانتاج اسطوانة تحتوي
على 10 طبقات تخزينية فقط كباكورة انتاج وسعتها التخزينية تصل إلى 140
جيجابايت خلال العام الحالي. تستخدم شركة C-3D نفس التقنية الفلورسنتية
متعددة الطبقات في تصنيع جهاز تخزيني في حجم بطاقة الإئتمان, وميزة هذا
القرص الصلب أنه لن يحتوي على أجزاء متحركة مثل اسطوانات الليزر أو DVD
الحالية, ويطلق على الجهاز التخزيني الجديد اسم كلير كارد Clear Card
ويستخدم بدلا من عدسة القراءة عدستين للقراءة ويطلق عليهما اسم CCD
(Charge-Coupled Device). يساعد انعدام الحركة في هذا الجهاز مقارنة
بمشغلات الاسطوانات الحالية على ملاءمة هذا الجهاز لأجهزة الكمبيوتر
والهواتف المحمولة, وتزيد إمكانية القراءة الثنائية من معدل نقل
البيانات. والمنتج الأولي من هذا الجهاز سيستطيع استيعاب ضعف سعة
اسطوانة DVD أحادية الجانب مرتين وأقل منها في تكلفة صناعته كما أن
القدرة المتوقعة للتخزين أكبر من ذلك. وقد تم بالفعل انتاج نموذج
يستطيع تخزين حتى واحد تيرابايت وسرعة نقل البيانات منه تساوي واحد
جيجابايت في الثانية. التخزين في العمق: رغم أن الاسطوانة الفلورسنتية
متعددة الطبقات متطورة عن اسطوانة الليزر وعن اسطوانة DVD بمراحل عديدة
لكنها تفتقر إلى ذاكرة التخزين الحجمية الكاملة Full Volumetric Memory
فرغم قراءة البيانات من مائة طبقة فوق بعضها البعض لا تزال الاسطوانة
الفلورسنتية متعددة الطبقات مسطحة بشكل أساسي, وإذا استطاعت هذه
الاسطوانة تطبيق وسط تخزين ذي عمق كبير ستزداد سعتها التخزينية عدة
مرات. تستخدم تقنية مثل هذه الذاكرة نوعا من البكتريا يجري تفاعلات
كيميائية متعددة عند التعرض لأنواع مختلفة من الضوء, ولمماثلة الحالات
التي تمثل صفر وواحد كان لابد من إجراء تفاعلين كيميائيين يتطلب كل
منهما نوعا مختلفا من الضوء بحيث يقفز كل منهما مقدار جزئ من الصفر إلى
حالة الواحد. وهذا يعني أنه في حالة بعثرة هذه البكتريا في مكعب من
الجيل ستتكون كتلات ضئيلة جدا داخل هذا المكعب تمثل كل منها مقدار
البايت, ويمكن تمييزها بعنوان ثلاثي الأبعاد. وعمليا تم تمرير شعاع من
الضوء في شريحة من الذاكرة حيث يتم اختيار وحدات البت المطلوبة في هذه
الشريحة باستخدام شاشة كريستالية (LCD) بالزوايا الصحيحة ونفس الأسلوب
استخدم لقراءة البيانات , وحيث أصبحت الجزيئات في حالة الصفر والواحد
تسمح بمرور الشعاع الأحمر المستخدم في قراءة البيانات وبذلك لم تؤثر
الطبقات الوسيطة على عملية القراءة, ولكن إذا تم تمرير شعاع ضوء باللون
المطلوب في طبقة تحتوي على وحدات بت جاري قراءتها حاليا سيتم نقل وحدات
البت التي في حالة الصفر من هذه الطبقة إلى حالة غير مستقرة مؤقتة تمتص
الضوء الأحمر, وسيرى المجس الموجود في نهاية المكعب فقط الفرق بين
وحدات بت الصفر والواحد في هذه الطبقة, وبعد عملية القراءة تعود
الجزيئات من الحالة غير المستقرة إلى حالة الصفر الأصلية وكأن شيئا لم
يكن. وقد تم تصنيع نموذج عملي وعرض في بداية التسعينيات وكان يحتوي على
مكعب أبعاده بوصة في بوصة في بوصتين واستطاع تخزين حوالي 800 ميجابايت,
وقد تطورت هذه التقنية كثيرا خلال السنوات الماضية وتتوقع الشركة
المنتجة أن تصل الطاقة المتوقعة للتخزين في جهاز حجمه 2 بوصة مكعب إلى
125 جيجابايت. إضاءة الويب: الاتصالات هي أكثر المجالات التي يمكن
تطبيق التقنية الضوئية فيها, ويقصد بالاتصالات ربط ملايين أجهزة
الكمبيوتر التي تكون الإنترنت, وليس الوصلات بين أجهزة المستخدمين
الشخصية وشركات خدمات الإنترنت التي تنقل فيها البيانات بسرعة 56
كيلوبت في الثانية. ولأن عصب الإنترنت ينبغي أن يحمل الملايين من
البيانات من وإلى ملايين المستخدمين في نفس الوقت, سيكون مجال الحديث
عن السرعات التي تقدر بوحدة الجيجابايت في الثانية على الأقل. يسافر
الضوء بسرعات أكبر بكثير من الإلكترونات في الموصلات. وفرق السرعة ليس
هو المقارنة التي ينبغي النظر إليها عند تحسين اتصالات البيانات,
فالموجات اللاسلكية عبر الأقمار الصناعية - وهي أحد طرق توصيل أجهزة
الكمبيوتر في كل أنحاء العالم - تنقل البيانات بنفس السرعة تقريبا,
فسرعة النقل ليست هي المشكلة, وإنما المشكلة في حجم البيانات المنقولة
بهذه السرعة الكبيرة. تعتمد كمية البيانات على سعة النقل Bandwidth عبر
وسبط النقل Medium وتعتمد سعة النقل على التردد الذي كلما زاد التردد
كلما زادت سرعة إرسال وإغلاق الإشارة المرسلة لتمثل Bit بت من البيانات.
ويتراوح تردد موجات الراديو من 30 كيلوهيرتز إلى 3 تيراهيرتز, أما تردد
الضوء فيتراوح ما بين 430 تيراهيرتز إلى 750 تيراهيرتز. ومعنى ذلك أن
أقل تردد للضوء أكبر من أعلى تردد للموجات اللاسلكية بحوالي 150 ضعفا.
كما أن الموجات اللاسلكية في أعلى قوة للتردد ليست شائعة الاستخدام,
وهذا يعني أن الضوء هو الوسط المقترح ليمنحنا قدرة على نقل البيانات
بكميات تفوق ما يتم نقله عبر أكثر ترددات الموجات اللاسلكية شيوعا وهو
نطاق GSM البالغ تردده 1.8 جيجاهيرتز بمقدار 416 ألف ضعف !!! الشعاع
الأحمر !: حتى وقت قريب كان يزداد معدل نقل البيانات عبر الألياف
الضوئية التي تكون العمود الفقري لشبكة الإنترنت في العالم شيئا فشيئا,
وبلغ حد نقل البيانات عبر الألياف الضوئية باستخدام الضوء الأحمر
الشائع الاستخدام حوالي 10 جيجابايت في الثانية, رغم أن المعدل القياسي
هو 2.5 جيجابايت, ويمكن نقل ضعف هذا المقدار بالانتقال إلى الضوء
الأزرق ولكن يتطلب ذلك تقنية باهظة التكلفة لا تستحقها الكمية المنقولة
من البيانات حتى وإن كانت الضعف. تتمثل التقنية المستخدمة حاليا في
استخدام الكثير من الترددات المختلفة (أو الأطوال الموجية) للضوء التي
ينقل كل منها البيانات بشكل منفصل عبر نفس الليفة الضوئية. وربما نتصور
استخدام عدد كبير من الألوان المختلفة رغم أن كل الألوان المستخدمة
حاليا هي ظلال للون الأحمر (ترددات أو أطوال موجية متباينة للون الأحمر).
وتسمى هذه التقنية بمضاعفة النقل بتقسيم الكثافة الموجية Dense-Wave
Division Multiplexing وتعمل هذه التقنية حاليا بحوالي 40 طولا موجيا
مختلفا ينقل كل منها البيانات بمعدل 2.5 جيجابايت في الثانية, مما يعني
أن إجمالي نقل البيانات وصل إلى 100 جيجابايت في الثانية. وفي المستقبل
القريب سنرى حوالي 80 طولا موجيا مختلفا يحمل كل منها 2.5 جيجابايت في
الثانية مما يصل بإجمالي نقل البيانات إلى 200 جيجابايت في الثانية أو
40 طولا موجيا يحمل كل منها 10 جيجابايت في الثانية ليصل الإجمالي إلى
400 جيجابايت في الثانية عبر نفس الكابل. يتحدث الباحثون في شركة لوسنت
عن مائة قناة, سرعة نقل البيانات داخل كل منها 10 جيجابايت في الثانية
لتصل سرعة نقل البيانات إلى 1 تيرابايت في الثانية وقد أجريت تجربة
عملية على ذلك بالفعل على مسافة تزيد على 300 كيلومتر, واستطاع الكبل
الضوئي حمل كل قنوات العالم التليفزيونية الفضائية تقريبا أو ما يساوي
نصف مليون فيلم دفعة واحدة ! في الماضي كانت الوصلات من نقطة إلى نقطة
في البنية الأساسية للإنترنت تعتمد على التقنية الضوئية, والباقي يعتمد
على التقنية الإلكترونية. ونظرا لأن الألياف الضوئية تتطلب مضخمات
منتظمة, اعتمدت هذه المضخمات على مضخم إلكتروني وشعاع ليزر لتوليد
الإشارة الضوئية, وبالمثل كانت المفاتيح في كل جهاز ربط لأجهزة الشبكة
عبارة عن مزيج من التقنية الضوئية والإلكترونية. وعند استخدام تقنية
مضاعفة النقل بتقسيم الكثافة الموجية , أصبحت هذه المكونات
الإلكتروضوئية غاية في التعقيد0 فالمضخم الإلكتروضوئي الواحد سيتكون
مثلا من 40 مجسا مختلفا و40 مضخما إلكترونيا و40 شعاع ليزر منفصلا, أما
المفتاح متعدد النقاط فهو أكثر تعقيدا, ولهذا يتركز التطوير على انتاج
كل النظائر الضوئية الخالصة لهذه المكونات الإلكتروضوئية المضخم الضوئي
واسع النطاق أول ما تم تصنيعه منها. صف من الضوء: من الطرق المستخدمة
في عمل المفاتيح الضوئية الخالصة طريقة استخدام صف من المرايا الدقيقة,
وهي تعمل بنفس الأسلوب الذي تستخدم به هذه الصفوف في أجهزة عرض الفيديو
التي تستخدم تقنية معالجة الضوء الرقمي Digital Light Processing حيث
تقلب الإشارات الإلكترونية هذه المرايا الدقيقة المثبتة على سطح شريحة
السليكون لتشتت أشعة الضوء التي تسقط عليها. أي تعتمد على الذكاء
الإلكتروني في موجه البيانات Router ولكن البيانات تبقى في سائر المجال
البصرى, وإذا كان سيتم فتح وإغلاق الأطوال الموجية بشكل مختلف, فلابد
من تقسيم الإشارة الواردة إلى مكونات الأطوال الموجية الخاصة بها, وبعد
ذلك لابد من إعادة تجميع هذه الأطوال الموجية التي سيتم بثها في نفس
الكابل, وتقوم شركة تريليس فوتونيك حاليا بتطوير مفتاح ضوئي خالص لا
يتطلب استخراج كل الأطوال الموجية أولا, ويحتوي هذا المفتاح على بلورة
من مادة تانتالات نيوبيت بوتاسيوم الليثيوم, حيث يتم اعداد أسلاك
لتشتيت حزمة الضوء - شيء أشبه بالهولوجرام_في هذه البلورة باستخدام
إشارة تحكم, ومن خلال إعداد أسلاك تشتيت مختلفة يتم تشتيت أشعة الضوء
في أي اتجاه وتقوم بتشتيت الأطوال الموجية المختلفة في اتجاهات مختلفة.
وأخيرا نأتي إلى موجه مسار بروتوكول الإنترنت الضوئي الخالص, فعلى
الرغم من ضرورة عرض كل المفاتيح الضوئية الخالصة من أجل توجيه هذه
الإشارات , فلابد من استخراج بيانات, مثل عناوين بروتوكول الإنترنت من
الإشارة أولا. وحتى الآن ما زالت الأجهزة التي تستخرج عناوين بروتوكول
الإنترنت وتتخذ قرار التوجيه إلكترونية. وإذا كانت الإشارة الضوئية
عبارة عن بث مركب من أطوال موجية مكثفة, فلابد من وجود جهاز لفك وفصل
هذه الأطوال الموجية المركبة, ولابد من وجود مجسات إلكتروضوئية. وإذا
تم ابتكار موجه مسار ضوئي خالص فسيغني عن كل هذا التعقيد. وهكذا بعد
هذه الرحلة الخاطفة مع الضوء يتبين لنا إعجاز العقل البشري الذي حباه
الله بنعمة الابتكار والإبداع, فهو لا يكف عن التفكير في الأفضل دوما.
ومجال الكمبيوتر الآن أصبح كالبحر الذي تصب فيه كل البحار.. أليس كل
تطور علمي يوظف في الكمبيوتر? ألم يتم استخدام الرياضيات والمنطق
والفيزياء والكيمياء في تصنيع المعالج وتوصيل مكوناته? ألا ينعكس
التطور في أي فرع من هذه العلوم على تطور الكمبيوتر ومكوناته? ألم يكن
الكمبيوتر نورا على البشرية يسطع كل يوم علينا بشعاع جديد ? إلى أين
تسير أيها العقل ومتى تتوقف سفينتك على الشاطئ أم أن بحرك بلا شطآن.
باحث سوري
www.srmdnet2.jeeran.com
[email protected] |
