Un nuevo microchip conecta sus procesadores con fibra en vez de cobre

Cualquiera que haya cambiado su viejo y lento ADSL por la veloz fibra ¨®ptica en su conexi¨®n a Internet puede imaginar la relevancia del nuevo microchip que han creado un grupo de investigadores estadounidenses: las conexiones entre sus componentes no son mediante hilos de cobre sino por medio de nanofibras ¨®pticas por las que los datos viajan en pulsos de luz y no como se?ales el¨¦ctricas. El nuevo chip promete acelerar la transmisi¨®n de datos varios ¨®rdenes de magnitud a la vez que reducir el consumo de energ¨ªa.

Desde la invenci¨®n del transistor en los a?os cuarenta, las revoluciones de la computaci¨®n y las telecomunicaciones han ido de la mano de la electr¨®nica. Sin el movimiento de los electrones sobre un soporte f¨ªsico, generalmente cable de cobre para transmitir instrucciones o datos y ejecutar programas, no habr¨ªa habido ni la una ni la otra. Una de sus caracter¨ªsticas claves ha sido la miniaturizaci¨®n: siguiendo una especie de ley, la industria del silicio ha metido millones de transistores cada vez m¨¢s peque?os en circuitos integrados o microchip tambi¨¦n m¨¢s reducidos. Sin embargo, el cobre que conecta todo el circuito no puede empeque?ecerse m¨¢s.

Las limitaciones f¨ªsicas del cobre han llevado a cient¨ªficos e ingenieros de universidades y grandes empresas como Intel e IBM a fijarse en la capacidad de los fotones de la luz para transmitir informaci¨®n (fot¨®nica). Al sector de las telecomunicaciones le ha ido muy bien el uso de la fibra ¨®ptica para canalizar estos pulsos de luz. El problema es reducir la fot¨®nica a un microchip de unos mil¨ªmetros con millones de transistores que operan con corriente el¨¦ctrica sobre cobre. Adem¨¢s, a pesar de sus cualidades como material semiconductor, el silicio del que est¨¢ hecho todo chip no destaca por sus propiedades ¨®pticas. Y, encima, los dispositivos fot¨®nicos son a¨²n m¨¢s grandes que los electr¨®nicos. Es casi como mezclar agua y aceite, pero alguien lo ha conseguido.

Los fotones pueden transmitir datos sobre fibra, como los electrones sobre el cobre, pero sin sus limitaciones

Un grupo de investigadores de algunas de las universidades m¨¢s prestigiosas de EE UU ha creado un microchip de 6x3 mil¨ªmetros donde han metido 70 millones de transistores y, sobre la misma placa de silicio, otros 850 componentes fot¨®nicos. En esta uni¨®n entre electr¨®nica y fot¨®nica, los transistores se encargaban de procesar la informaci¨®n y los dispositivos fot¨®nicos de transportarla entre los distintos procesadores.

"Se trata de todo un hito. Es el primer procesador que usa luz para comunicarse con el mundo exterior", afirma el profesor de ingenier¨ªa electr¨®nica de la Universidad de California Berkeley,? Vladimir Stojanovi?, que ha liderado el desarrollo del chip. "No hay otro procesador que tenga I/O fot¨®nica en el chip", a?ade. Por I/O se refiere a Input/Output (sistema de entrada/salida en espa?ol), la base del funcionamiento de un circuito integrado.

El microchip logr¨® una velocidad de transferencia (medida como densidad de ancho de banda por mm²) de 300 gigabits por segundo, hasta 50 veces m¨¢s que algunos de los procesadores electr¨®nicos que se pueden encontrar en el mercado. Adem¨¢s, se mostr¨® muy eficiente, usando apenas 1,3 picojulios (picojulio es la billon¨¦sima parte de un julio, unidad para medir la energ¨ªa)

El circuito estaba formado esencialmente por un procesador que hac¨ªa las veces de CPU y otro que funcionaba como memoria RAM. La comunicaci¨®n entre ambos fue 100% ¨®ptica: en cada extremo hab¨ªa un fotodetector y un modulador ¨®ptico. El primero capta los pulsos de luz y el segundo los convierte en se?al electr¨®nica. Los investigadores consiguieron ejecutar dos sencillos programas con su microchip.

Pero, como explican los autores en Nature, su creaci¨®n tiene una ventaja a?adida. Fabricaron su microchip en una planta de las que imprimen circuitos sobre obleas de silicio. Es decir, no necesitaron montar un nuevo sistema de producci¨®n para integrar electr¨®nica y fot¨®nica. Como sucede con el petr¨®leo y la industria automovil¨ªstica, uno de los grandes problemas para dise?ar chips 100% fot¨®nicos es que habr¨ªa que crear todo una nueva infraestructura de fabricaci¨®n diferente de la del silicio. Y este es un sector muy de tecnolog¨ªa punta, que trabaja en la nanoescala y con grandes vol¨²menes.

Para el cient¨ªfico del Instituto de Electr¨®nica Fundamental del CNRS franc¨¦s, Laurent Vivien, uno de los aspectos m¨¢s relevantes de este microchip es precisamente que se apoya en la tecnolog¨ªa actual de fabricaci¨®n de chips electr¨®nicos para crear uno h¨ªbrido fot¨®nico. "Como primer paso, obviamente a¨²n queda mucho trabajo por hacer antes de tener algo terminado pero puede abrir una nueva perspectiva en las comunicaciones electr¨®nicas en el chip: han identificado una alternativa en la que la fot¨®nica dentro de los circuitos integrados", dice.