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IBM anuncia un gran avance en la fotónica de silicio, listo para romper la barrera de los 100 Gb / s

IBM ha anunciado un gran avance en el campo de la fotónica de silicio: el primer chip multiplexado de longitud de onda totalmente integrado. Este nuevo dispositivo está diseñado para permitir la fabricación de transceptores ópticos de 100 Gb / sy permitir que los componentes ópticos y eléctricos coexistan uno al lado del otro en el mismo paquete. Este tipo de integración en la matriz es fundamental para el despliegue a largo plazo de la tecnología óptica en distancias cortas. Pero, ¿por qué implementar la fotónica de silicio en primer lugar, y por qué ha llevado décadas de trabajo de empresas como IBM e Intel, con tan poco que aparentemente mostrar?

Fotónica de silicio: el reemplazo del cobre a largo plazo

En teoría, la fotónica de silicio podría resolver algunos problemas importantes asociados con el uso continuo de interconexiones de cobre. Uno de los mayores problemas con el cable de cobre es que no escala tan bien como otras partes vitales de una CPU moderna. Pasado cierto punto, resulta físicamente imposible hacer que los cables de cobre sean más pequeños sin comprometer su rendimiento y / o vida útil. En teoría, las interconexiones ópticas podrían transmitir datos con mucha menos potencia y, al mismo tiempo, mover información mucho más rápidamente.

El silicio, desafortunadamente, es un medio nativo pobre para dispositivos ópticos. Debido a que el silicio carece de una banda prohibida y las escalas de fabricación son muy diferentes (las guías de ondas ópticas y otros componentes son mucho más grandes que los dispositivos CMOS de silicio con los que interactúan), el diseño de soluciones que podrían escalar de manera efectiva y asequible, integrarse en la fabricación CMOS existente y confiar en El silicio en lugar de materiales alternativos costosos como el arseniuro de galio ha demostrado ser extremadamente difícil.

La razón por la que tantas empresas han presionado para llevar esta tecnología al mercado, a pesar del lento ritmo de progreso, es que generalmente se cree que la fotónica de silicio es necesaria para la computación a nivel exaescala. En este momento, el cobre y la fibra suelen dividir el mercado de la transmisión por distancia. Los cables de corto recorrido entre servidores o racks tienden a usar cobre, mientras que las distancias más largas dependen de la fibra.

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El gráfico anterior es de una presentación de Intel sobre fotónica de silicio, pero ilustra los objetivos de costo y consumo de energía que los fabricantes están tratando de alcanzar. Las hojas de ruta a largo plazo para la fotónica de silicio permiten anchos de banda y relaciones de energía / bit de información que ninguna señal de cobre puede igualar. Reducir la potencia de 75 picojulios a 250 femtojulios es una reducción de múltiples órdenes de magnitud.

Punto justo

Como parte de ese esfuerzo, los equipos de investigación de IBM han trabajado para reducir el nodo de proceso que utilizó para el diseño de circuitos. Esta diapositiva de 2012 muestra cómo 90 nm – 65 nm representa el «punto óptimo» para este tipo de circuitos. Si bien estamos acostumbrados a que los nodos más pequeños ofrezcan beneficios sustanciales a los transistores de CPU tradicionales, otros tipos de componentes no ven los mismos beneficios al escalar a geometrías de proceso más pequeñas. La documentación de IBM se refiere a la fabricación por debajo de 100 nm, lo que implica que la empresa estandarizó a 90 nm o 65 nm.

IBM no está dando plazos para cuándo podríamos ver más dispositivos con fotónica de silicio en el chip, pero podemos predecir cómo se implementará la tecnología. Los diseños actuales de vanguardia colocan los componentes ópticos en el mismo paquete físico que la CPU o en el borde de una placa base. Esto hace que el hardware sea útil para los enlaces de servidor a servidor o posiblemente para la conexión de periféricos. Esperamos que la fotónica de silicio se despliegue primero en las industrias de computación científica y HPC, donde la gran escala de muchas construcciones hace que la conservación de energía sea crítica y hay subvenciones gubernamentales disponibles para aliviar el costo de la implementación inicial.

Después de décadas de trabajo, la fotónica de silicio puede parecer simplemente otra idea de pastel en el cielo que suena muy bien en papel y nunca se concreta, pero desde HP hasta Intel e IBM, se está avanzando en este campo. Es posible que el hardware no se despliegue hoy o el próximo año, pero la señalización óptica va a jugar una parte del futuro de la informática, en el centro de datos, aunque no en ningún otro lugar.