Engenheiros da Universidade da Califórnia, Berkeley construiu um novo switch fotônico que pode controlar a direção da luz que passa pelas fibras ópticas de forma mais rápida e eficiente do que nunca. Esse "guarda de trânsito" óptico pode um dia revolucionar a forma como as informações trafegam por centros de dados e supercomputadores de alto desempenho usados ​​para inteligência artificial e outras aplicações de dados intensivos.

O switch fotônico é construído com mais de 50, 000 "interruptores de luz microscópicos, "cada um dos quais direciona um dos 240 minúsculos feixes de luz para fazer uma curva à direita quando o interruptor está ligado, ou passar direto quando o interruptor estiver desligado. O conjunto de interruptores 240 por 240 é gravado em um wafer de silício e cobre uma área apenas um pouco maior do que um selo postal.

"Pela primeira vez em uma chave de silício, estamos nos aproximando dos grandes interruptores que as pessoas só podem construir usando ótica em massa, "disse Ming Wu, professor de engenharia elétrica e ciências da computação na UC Berkeley e autor sênior do artigo, que aparece QUANDO no diário Optica . "Nossos interruptores não são apenas grandes, mas eles são 10, 000 vezes mais rápido, para que possamos alternar as redes de dados de maneiras interessantes, nas quais muitas pessoas não pensaram. "

Atualmente, os únicos interruptores fotônicos que podem controlar centenas de feixes de luz ao mesmo tempo são construídos com espelhos ou lentes que devem ser giradas fisicamente para mudar a direção da luz. Cada turno leva cerca de um décimo de segundo para ser concluído, que é uma eternidade em comparação com as taxas de transferência eletrônica de dados. O novo switch fotônico é construído usando pequenas estruturas de silício integradas que podem ligar e desligar em uma fração de microssegundo, aproximando a velocidade necessária para uso em redes de dados de alta velocidade.

Policiais de trânsito na rodovia da informação

Data centers - onde nossas fotos, vídeos e documentos salvos na nuvem são armazenados - são compostos por centenas de milhares de servidores que estão constantemente enviando informações de um lado para outro. Interruptores elétricos atuam como guardas de trânsito, certificando-se de que as informações enviadas de um servidor cheguem ao servidor de destino e não se percam ao longo do caminho.

Mas como as taxas de transferência de dados continuam a crescer, estamos atingindo os limites do que os interruptores elétricos podem suportar, Disse Wu.

"Interruptores elétricos geram muito calor, então, embora pudéssemos colocar mais transistores em um switch, o calor que eles geram está começando a impor certos limites, "disse ele." A indústria espera continuar a tendência por talvez mais duas gerações e, depois disso, algo mais fundamental precisa mudar. Algumas pessoas estão pensando que a ótica pode ajudar. "

Em vez disso, as redes de servidores podem ser conectadas por fibras ópticas, com interruptores fotônicos atuando como guardas de trânsito, Disse Wu. Os interruptores fotônicos requerem muito pouca energia e não geram calor, para que não enfrentem as mesmas limitações dos interruptores elétricos. Contudo, os interruptores fotônicos atuais não podem acomodar tantas conexões e também são afetados pela perda de sinal - essencialmente "escurecendo" a luz à medida que ela passa pelo interruptor - o que torna difícil ler os dados codificados assim que chegam ao seu destino.

No novo switch fotônico, feixes de luz viajam através de uma matriz cruzada de canais nanométricos até chegarem a esses interruptores de luz individuais, cada um dos quais é construído como um viaduto microscópico de uma rodovia. Quando a chave está desligada, a luz viaja direto pelo canal. Aplicar uma tensão liga o interruptor, baixando uma rampa que direciona a luz para um canal superior, que gira em 90 graus. Outra rampa reduz a luz de volta a um canal perpendicular.

"É literalmente como uma rampa de rodovia, "Wu disse." Todas as luzes se acendem, faz uma curva de 90 graus e depois desce novamente. E este é um processo muito eficiente, mais eficiente do que todo mundo está fazendo na fotônica de silício. É esse mecanismo que nos permite fazer comutações com menor perda. "

A equipe usa uma técnica chamada fotolitografia para gravar as estruturas de comutação em pastilhas de silício. Os pesquisadores podem atualmente fazer estruturas em uma matriz de 240 por 240 - 240 entradas de luz e 240 saídas de luz - com perda de luz limitada, tornando-o o maior switch baseado em silício já relatado. Eles estão trabalhando no aperfeiçoamento de sua técnica de fabricação para criar interruptores ainda maiores.

"Interruptores maiores que usam ótica em massa estão disponíveis comercialmente, mas eles são muito lentos, para que possam ser usados ​​em uma rede que você não altera com muita frequência, "Disse Wu." Agora, computadores funcionam muito rápido, então, se você quiser acompanhar a velocidade do computador, você precisa de uma resposta de switch muito mais rápida. Nosso switch é do mesmo tamanho, mas muito mais rápido, por isso habilitará novas funções em redes de data center. "