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Processador fotônico finalmente compatível com eletrônica atual

Processador fotônico totalmente compatível com eletrônica atual
O processador eletrônico-fotônico foi fabricado com as tecnologias padrão da indústria atual. [Imagem: Amir Atabaki]

Tecnologia de mudança zero

Em 2015, uma equipe de várias universidades norte-americanas apresentou o protótipo de um processador que troca os elétrons pela luz para ficar mais rápido.

Isso foi possível com o desenvolvimento de processos de manufatura finamente ajustados para incluir os componentes ópticos nos chips, ao mesmo tempo mantendo intactas as capacidades elétricas do chip eletrônico original.

Aquela foi uma das primeiras demonstrações de um microprocessador com capacidade de transferência de dados fotônica e que poderia ser fabricado sem alterar o processo de fabricação original - um conceito que os engenheiros chamam de "tecnologia de mudança zero", ou seja, que não exige fábricas totalmente novas para dar o salto tecnológico da computação eletrônica para a computação fotônica.

"Em vez de um único fio transmitindo de 10 a 100 gigabits por segundo, você pode ter uma única fibra óptica carregando de 10 a 20 terabits por segundo - cerca de mil vezes mais na mesma área," contextualizou o professor Milos Popovic, da Universidade de Boston.

Processador eletrônico-fotônico

Mas ainda havia trabalho a ser feito: A abordagem então anunciada era aplicável a uma pequena fração dos chips microeletrônicos de última geração, não incluindo o tipo de silício mais usado (bulk silicon), em contraposição ao silício monocristalino ultrapuro.

Agora a equipe apresentou uma solução de fabricação aplicável até mesmo a esses chips comercialmente mais difundidos baseados no tipo mais comum de silício.

Eles fizeram isto introduzindo um conjunto de novas camadas de material na porção de processamento fotônico do chip de silício, o que permitiu a comunicação óptica sem qualquer impacto negativo na eletrônica.

"Para as mais avançadas tecnologias de fabricação de semicondutores de última geração, atuais e futuras, com dimensões de transistores eletrônicos abaixo de 20nm, não há outra maneira de integrar a fotônica do que essa abordagem," disse o professor Vladimir Stojanovic. "Todas as camadas de material usadas para formar transistores tornam-se finas demais para suportar a fotônica, então camadas adicionais são necessárias".

Processador fotônico totalmente compatível com eletrônica atual
A integração da comunicação por luz dentro do processador exigiu a criação de camadas adicionais - o componente circular grande é um ressonador fotônico em anel. [Imagem: CSNE Albany]

"Estudando e otimizando cuidadosamente as propriedades das camadas de materiais adicionais para os componentes fotônicos, conseguimos demonstrar um desempenho estado-da-arte em nível de sistema em termos de densidade de largura de banda e consumo de energia, e isso partindo de um processo muito mais barato do que as tecnologias concorrentes," disse Fabio Pavanello, do MIT.

Bibliografia:

Integrating photonics with silicon nanoelectronics for the next generation of systems on a chip
Amir H. Atabaki, Sajjad Moazeni, Fabio Pavanello, Hayk Gevorgyan, Jelena Notaros, Luca Alloatti, Mark T. Wade, Chen Sun, Seth A. Kruger, Huaiyu Meng, Kenaish Al Qubaisi, Imbert Wang, Bohan Zhang, Anatol Khilo, Christopher V. Baiocco, Milos A. Popovic, Vladimir M. Stojanovic, Rajeev J. Ram
Nature
Vol.: 556, pages 349-354
DOI: 10.1038/s41586-018-0028-z




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