Una nueva tecnología de microchip capaz de transferir datos ópticamente podría resolver un grave cuello de botella en los dispositivos actuales al acelerar la transferencia de datos y reducir el consumo de energía en órdenes de magnitud, según un artículo publicado en la edición del 19 de abril de 2018 Naturaleza .
Investigadores de la Universidad de Boston, el Instituto de Tecnología de Massachusetts, la Universidad de California Berkeley y la Universidad de Colorado Boulder han desarrollado un método para fabricar chips de silicio que pueden comunicarse con la luz y no son más caros que la tecnología de chips actual. El resultado es la culminaciónde un proyecto de varios años financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa que fue una estrecha colaboración entre los equipos dirigidos por el Profesor Asociado Vladimir Stojanovic de UC Berkeley, el Profesor Rajeev Ram del MIT y el Profesor Asistente Milos Popovic de la Universidad de Boston y anteriormente CUBoulder. Colaboraron con un equipo de investigación de fabricación de semiconductores en los Colegios de Ciencia e Ingeniería a Nanoescala CNSE de la Universidad Estatal de Nueva York en Albany.
El cuello de botella de señalización eléctrica entre los chips microelectrónicos actuales ha dejado la comunicación ligera como una de las únicas opciones que quedan para un mayor progreso tecnológico. El método tradicional de transferencia de datos, cables eléctricos, tiene un límite sobre qué tan rápido y qué tan lejos puede transferir datos.También usa mucha energía y genera calor. Con la demanda incesante de un mayor rendimiento y una menor potencia en la electrónica, se han alcanzado estos límites. Pero con este nuevo desarrollo, se puede resolver ese cuello de botella.
"En lugar de un solo cable que transporta de 10 a 100 gigabits por segundo, puede tener una sola fibra óptica que transporta de 10 a 20 terabits por segundo, por lo que mil veces más en la misma huella", dice Popovic.
"Si reemplaza un cable con una fibra óptica, hay dos formas de ganar", dice. "Primero, con la luz, puede enviar datos a frecuencias mucho más altas sin una pérdida significativa de energía como ocurre con el cableado de cobre.En segundo lugar, con la óptica, puede usar muchos colores diferentes de luz en una fibra y cada uno puede transportar un canal de datos. Las fibras también pueden empaquetarse más juntas que los cables de cobre sin interferencia ".
En el pasado, el progreso para integrar una capacidad fotónica en chips de última generación que se utilizan en computadoras y teléfonos inteligentes se vio obstaculizado por un obstáculo de fabricación. Los procesadores modernos están habilitados por procesos de fabricación de semiconductores industriales altamente desarrollados capaces de eliminarmil millones de transistores que trabajan juntos en un solo chip. Pero estos procesos de fabricación están finamente ajustados y el diseño de un enfoque para incluir dispositivos ópticos en los chips y mantener intactas las capacidades eléctricas actuales resultó difícil.
El primer gran éxito en superar este obstáculo fue en 2015 cuando el mismo grupo de investigadores publicó otro artículo en Naturaleza que resolvió este problema, pero lo hizo en un entorno comercial limitado. El documento demostró el primer microprocesador del mundo con capacidad de transferencia de datos fotónicos y el enfoque para fabricarlo sin cambiar el proceso de fabricación original, un concepto que los investigadores han denominado untecnología de cambio cero. Ayar Labs, Inc., una startup que cofundaron Ram, Popovic y Stojanovic, se asoció recientemente con el principal fabricante de la industria de semiconductores GlobalFoundries para comercializar esta tecnología.
Sin embargo, este enfoque anterior era aplicable a una pequeña fracción de chips microelectrónicos de última generación que no incluían el tipo más frecuente, que utilizan un material de partida denominado silicio a granel.
En el nuevo documento, los investigadores presentan una solución de fabricación aplicable incluso a los chips comercialmente más extendidos basados en silicio a granel, al introducir un conjunto de nuevas capas de material en la porción de procesamiento fotónico del chip de silicio. Demuestran que este cambio permitecomunicación óptica sin impacto negativo en la electrónica. Al trabajar con investigadores de fabricación de semiconductores de vanguardia en CNSE Albany para desarrollar esta solución, los científicos se aseguraron de que cualquier proceso que se desarrollara pudiera insertarse sin problemas en la fabricación actual a nivel de la industria.
"Investigando y optimizando cuidadosamente las propiedades de las capas de material adicionales para dispositivos fotónicos, logramos demostrar un rendimiento de nivel de sistema de última generación en términos de densidad de ancho de banda y consumo de energía mientras comenzamos desde un proceso mucho menos costosoen comparación con las tecnologías de la competencia ", dice Fabio Pavanello, un ex asociado postdoctoral del grupo de investigación de Popovic, coautor del artículo con Amir Atabaki, científico investigador del MIT, y Sajjad Moazeni, un estudiante graduado en la Universidad de California en Berkeley."Se requirió una gran colaboración durante varios años por parte de nuestros tres grupos en diferentes disciplinas para lograr este resultado", agrega Atabaki.
La nueva plataforma, que lleva la fotónica a chips microelectrónicos de silicio a granel de última generación, promete una comunicación más rápida y eficiente en términos de energía que podría mejorar enormemente la informática y los dispositivos móviles. Las aplicaciones más allá de la comunicación de datos tradicional incluyen acelerar la capacitación deAprendizaje de redes neuronales artificiales utilizadas en tareas de reconocimiento de imagen y voz, y sensores infrarrojos LIDAR de bajo costo para automóviles autónomos, identificación de rostros de teléfonos inteligentes y tecnología de realidad aumentada. Además, los microchips habilitados ópticamente podrían permitir nuevos tipos de seguridad de datos y autenticación de hardware,chips más potentes para dispositivos móviles que funcionan en redes inalámbricas de 5ta generación 5G y componentes para procesamiento de información cuántica y computación.
"Para las tecnologías más avanzadas de fabricación de semiconductores actuales y futuras con transistores electrónicos de dimensiones inferiores a 20 nm, no hay otra forma de integrar la fotónica que este enfoque", concluyó Vladimir Stojanovic, cuyo equipo dirigió algunos deel trabajo, "Todas las capas de material utilizadas para formar transistores se vuelven demasiado delgadas para soportar fotónica, por lo que se necesitan capas adicionales"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Boston . Original escrito por Liz Sheeley. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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