Los investigadores han desarrollado una técnica para ensamblar la óptica en chip y la electrónica por separado, lo que permite el uso de tecnologías de transistores más modernas. Hace dos años y medio, un equipo de investigadores dirigido por grupos del MIT, la Universidad de California en Berkeley y la Universidad de Boston anunciaron un hito: la fabricación de un microprocesador de trabajo, construido utilizando solo procesos de fabricación existentes, que integraba sistemas electrónicos y ópticos integrados en el mismo chip.

El enfoque de los investigadores, sin embargo, requería que los componentes eléctricos del chip se construyeran a partir de la misma capa de silicio que sus componentes ópticos. Eso significaba confiar en una tecnología de chip más antigua en la que las capas de silicio de la electrónica eran lo suficientemente gruesas para la óptica.

Atractivo ligero

Pasar de la comunicación eléctrica a la comunicación óptica es atractiva para los fabricantes de chips porque podría aumentar significativamente la velocidad de los chips y reducir el consumo de energía, una ventaja que crecerá en importancia a medida que el conteo de transistores de chips continúe aumentando: la Asociación de Semiconductores ha estimado que las tasas de aumento, los requisitos de energía de las computadoras superarán la producción de potencia total del mundo para 2040.

La integración de componentes ópticos o fotónicos en el mismo chip reduce aún más el consumo de energía. Los dispositivos de comunicaciones ópticas están en el mercado hoy en día, pero consumen demasiada energía y generan demasiado calor para integrarse en un chip electrónico, como un microprocesador. Un modulador comercial, el dispositivo que codifica información digital en una señal de luz, consume entre 10 y 100 veces más energía que los moduladores incorporados en el nuevo chip de los investigadores.

También ocupa de 10 a 20 veces más espacio en el chip. Eso es porque la integración de la electrónica y la fotónica en el mismo chip permite a Atabaki y sus colegas utilizar un diseño de modulador más eficiente en el uso del espacio, basado en un dispositivo fotónico llamado resonador de anillo. "Por ejemplo, hoy en día no hay un transceptor óptico comercial que utilice resonadores ópticos, porque se necesita una considerable capacidad de electrónica para controlar y estabilizar ese resonador", explica Atabaki..

Cristales de dimensionamiento

Además de millones de transistores para ejecutar cálculos, el nuevo chip de los investigadores incluye todos los componentes necesarios para la comunicación óptica: moduladores; guías de onda, que dirigen la luz a través del chip; resonadores, que separan diferentes longitudes de onda de luz, cada una de las cuales puede llevar datos diferentes; y fotodetectores, que traducen las señales de luz entrantes a señales eléctricas.

El silicio, que es la base de la mayoría de los chips de computadora modernos, debe fabricarse sobre una capa de vidrio para producir componentes ópticos útiles.

La diferencia entre los índices de refracción del silicio y el vidrio, los grados a los que los materiales doblan la luz, es lo que confina la luz a los componentes ópticos de silicio.

El trabajo anterior sobre fotónica integrada, que también fue dirigido por Ram, Stojanovic y Popovic, involucró un proceso llamado enlace de oblea, en el que un único cristal grande de silicio se fusionó a una capa de vidrio depositada encima de un chip separado. El nuevo trabajo, al permitir la deposición directa de silicio (con espesor variable) sobre el vidrio, debe conformarse con el llamado polisilicio, que consiste en muchos cristales pequeños de silicio.

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