Processador opto-eletrônico

Está pronto o primeiro processador capaz de manipular dados internamente por
meio de luz. Dentro do chip, os elétrons, que circulam por fios de cobre, são
substituídos por fótons, que circulam em componentes fotônicos comparáveis às
fibras ópticas.

O avanço é um passo importante rumo aos processadores fotônicos reais, que usam
a luz também para processar as informações, e não apenas para transmiti-las,
além de representar um avanço em relação à recente tecnologia de troca de dados
por luz entre processadores, lançada pela Intel.

Chen Sun e seus colegas da Universidade da Califórnia em Berkeley, nos EUA,
empacotaram mais de 70 milhões de transistores e 850 componentes fotônicos
dentro de um processador de dois núcleos medindo 3 por 6 milímetros.

O feito é notável porque o “ambiente” de um chip – sobretudo no processo de
fabricação – é considerado extremamente agressivo para os componentes que lidam
com a luz. Além disso, o processador híbrido foi feito em uma fábrica comum, que
produz chips de computadores em massa, mostrando que o projeto é robusto o
suficiente para ser levado para a escala industrial.

Maior largura de banda com menos potência

Apesar do intenso desenvolvimento no campo da fotônica, ninguém tinha
desenvolvido uma forma de integrar os componentes fotônicos nos mesmos processos
de fabricação usados para produzir os processadores de computador sem alterar o
próprio processo de fabricação – algo inviável economicamente.

“Este é um marco. É o primeiro processador que pode usar a luz para se comunicar
com o mundo externo,” disse o professor Vladimir Stojanovic, que coordenou o
desenvolvimento do chip. “Nenhum outro processador fotônico tem entrada e saída
no chip.”

Processador de luz fará cálculos simultâneos usando cores diferentes

A equipe confirmou a funcionalidade do processador com as interconexões
fotônicas usando-o para executar vários programas comuns, que precisam trocar
instruções e dados com a memória. O chip alcançou uma largura de banda de 300
Gbps por milímetro quadrado, entre 10 e 50 vezes mais do que os
microprocessadores somente elétricos atuais.

A entrada e saída (I/O) fotônica no chip também é eficiente em termos de consumo
de energia, utilizando apenas 1,3 picojoules por bit, o equivalente ao consumo
de 1,3 watts de potência para transmitir um terabit de dados por segundo. Nos
experimentos, os dados foram trocados com um receptor a 10 metros de distância.

Cada um dos principais componentes fotônicos de entrada e saída – um modulador
em anel, um fotodetector e um acoplador de grade vertical – serve para controlar
e guiar as ondas de luz no chip.

Para permitir que a luz entre pelos circuitos com uma perda mínima, foi
utilizado o corpo de silício de um transístor como um guia de ondas para a luz,
utilizando as máscaras disponíveis no processo de fabricação industrial para
manipular a dopagem, o processo usado para formar as diferentes partes dos
transistores.

Para controlar a luz já dentro do chip, transportando bits de dados, um anel de
silício com uma junção p-n ao lado do guia de ondas de silício permite a
modulação da luz de forma rápida e com baixo consumo de energia.

O fotodetector foi fabricado usando as mesmas partes de silício-germânio de um
transistor moderno, tirando proveito da capacidade do germânio para absorver a
luz e convertê-la em eletricidade.

O acoplador de grade vertical foi utilizado para conectar o chip com o mundo
exterior, dirigindo a luz no guia de ondas para dentro e para fora do chip.

Os autores enfatizam que todas essas adaptações funcionaram dentro dos
parâmetros dos sistemas industriais de fabricação de microprocessadores, e que
não será difícil otimizar cada componente para melhorar ainda mais o desempenho
do chip eletrônico-fotônico.

Processador fotônico de metamateriais permite computação analógica com luz

Foto: Em vez dos fios de cobre por onde circulam elétrons, os bits viajam como fótons por componentes chamados guias de ondas.[Imagem: Glenn J. Asakawa/Universidade do Colorado]

Fonte: inovacaotecnologica