Este chip promete gran desempeño de cómputo sin usar cables eléctricos

Un proyecto de tres universidades crea un chip prototipo que se comunica directamente con enlaces rápidos de fibra óptica. Pronto vendrán versiones comerciales.

Este chip especial se comunica con enlaces de fibra óptica y no con cables eléctricos.

Milos Popović/University of Colorado Boulder

Las computadoras actuales pueden parecer muy diferentes de las máquinas de gran tamaño de la década de 1940, pero aún así seguimos enviando los datos de la misma manera: con las señales eléctricas en cables metálicos. Investigadores de tres universidades de Estados Unidos, sin embargo, han construido un chip que transmite datos usando la luz, incrementando los límites de velocidad y reduciendo el consumo de energía.

La tecnología utilizada, llamada fotónica de silicio, es un área activa de investigación en los fabricantes de chips como Intel e IBM, pero hasta ahora no ha sido una idea comercialmente viable. Los investigadores responsables del nuevo desarrollo -- en la Universidad de California en Berkeley, el Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Boulder en Colorado -- creen que tendrán versiones de prueba de los chips que serían comercialmente viables a principios de 2017.

Dentro de las computadoras y los teléfonos inteligentes de hoy en día, las señales eléctricas viajan a lo largo de cables de metal incontables que enlazan procesadores de memoria, redes, dispositivos de almacenamiento y puertos USB. Para distancias más largas que atraviesan países, ciudades o centros de datos gigantescos llenos de servidores, es económico, en cambio, enviar datos vía luz en el interior de los cables de fibra óptica. La fibra óptica puede manejar enormes cantidades de datos, pero la tecnología no es barata.

Los investigadores esperan cambiar eso con componentes fotónicos integrados directamente en el chip que puede enviar y recibir señales de luz. Su enfoque, que se detalla en un artículo en la revista Nature, se puede construir con equipos de fabricación de chips de hoy y los ingredientes de silicio, haciendo que sea más fácil insertarlos en las ranuras de la infraestructura de computación de hoy en día.

Si tienen éxito en llevar su prototipo de laboratorio al mercado, los consumidores finalmente podrían beneficiarse. Para los centros de datos, donde los mensajes se mueven entre miles de servidores, la fotónica de silicio podría acelerar servicios como búsquedas de Google o reconocimiento de imágenes en Facebook o, bien, dejar que esas empresas introduzcan características intensivas de rendimiento que en la actualidad no son económicas. Para las computadoras personales y los teléfonos inteligentes, la fotónica de silicio podría descorchar los cuellos de botella de rendimiento sin afectar la vida de la batería.

Este procesador prototipo se comunica con enlaces de fibra óptica en lugar de con cables convencionales. El chip mide 3x6mm.

Chen Sun and Sangyoon Han/University of California Berkeley

La fotónica de silicio no hace que los chips en sí corran más rápido, un problema clave que enfrenta la industria de computación de hoy en día. En cambio, mantienen a los chips suministrados con los datos necesarios para que no se pierda tiempo de inactividad y para mejorar la eficiencia del rendimiento en general.

El construir el primer chip que se comunica con el mundo exterior ópticamente es un hito, dijo Vladimir Stojanovic, el profesor asociado de Berkeley quien dirigió el desarrollo de estos chips. Pero como un negocio, el mayor desafío está en hacer esta tecnología asequible, dijo. Por esa razón, la tecnología comenzará en los centros de datos antes de extenderse a dispositivos más pequeños.

Las ideas no son únicamente académicas. Dos nuevas empresas están apostando por esta tecnología: Ayar Labs, que está tratando de comercializar su tecnología de interconexión fotónica, y SiFive, que está tratando de basar un negocio en el diseño libre de chips RISC-V utilizados por el procesador.

Más tarde, Stojanovic espera que la tecnología sirva para conectar los chips individuales dentro de una computadora, hacer que un procesador se hable con otro o, por ejemplo, que vaya a buscar datos de la memoria.

La fotónica de silicio tiene el potencial de volver a escribir algunas reglas de décadas de antigüedad sobre cómo funcionan las computadoras. Con los enlaces eléctricos convencionales de hoy, la longitud del cable es crucial para la transmisión rápida de datos. Cuando la industria de la computación aumentó la velocidad de las conexiones USB estándar por un factor de diez en los últimos años, la longitud máxima del cable se redujo de aproximadamente 16 pies a 10 pies para evitar problemas de señal eléctrica.

Pero con enlaces ópticos, los datos pueden viajar mucho más lejos sin necesidad de un impulso, por lo que se puede utilizar para conectar un chip a un banco de memoria a pulgadas de distancia o en otra computadora al otro lado de un gran centro de datos. El prototipo del proyecto actual utiliza enlaces ópticos de 10 metros, pero podría llegar fácilmente a un kilómetro, dijo Stojanovic.

Eso significa que los equipos que trabajan juntos en los centros de datos no tienen que perder tanto tiempo a la espera de unos a otros para responder. "Nuestra solución fotónica ayudará a los procesadores a obtener un acceso más rápido a la red", dijo Stojanovic.

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