p Uma nova tecnologia de microchip capaz de transferir dados opticamente poderia resolver um grave gargalo nos dispositivos atuais, acelerando a transferência de dados e reduzindo o consumo de energia em ordens de magnitude, de acordo com um artigo publicado em 19 de abril, Edição de 2018 de Natureza . p Pesquisadores da Boston University, Instituto de Tecnologia de Massachusetts, a University of California Berkeley e a University of Colorado Boulder desenvolveram um método para fabricar chips de silício que podem se comunicar com a luz e não são mais caros do que a tecnologia de chip atual. O resultado é o culminar de um projeto de vários anos financiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa que foi uma colaboração próxima entre equipes lideradas pelo Professor Associado Vladimir Stojanovic da UC Berkeley, Professor Rajeev Ram do MIT, e o professor assistente Milos Popovic da Boston University e anteriormente CU Boulder. Eles colaboraram com uma equipe de pesquisa de fabricação de semicondutores nas Faculdades de Ciência e Engenharia em Nanoescala (CNSE) da Universidade Estadual de Nova York em Albany.

p O gargalo da sinalização elétrica entre os atuais chips microeletrônicos deixou a comunicação leve como uma das únicas opções restantes para o progresso tecnológico. O método tradicional de transferência de dados - fios elétricos - tem um limite de velocidade e distância para a transferência de dados. Ele também usa muita energia e gera calor. Com a demanda implacável por maior desempenho e menor potência na eletrônica, esses limites foram atingidos. Mas com este novo desenvolvimento, esse gargalo pode ser resolvido.

p "Em vez de um único fio transportando de 10 a 100 gigabits por segundo, você pode ter uma única fibra óptica carregando de 10 a 20 terabits por segundo - então, cerca de mil vezes mais na mesma área, "diz Popovic.

p "Se você substituir um fio por uma fibra óptica, existem duas maneiras de você ganhar, "ele diz." Primeiro, com luz, você pode enviar dados em frequências muito mais altas sem perda significativa de energia, como acontece com a fiação de cobre. Segundo, com ótica, você pode usar muitas cores diferentes de luz em uma fibra e cada uma pode transportar um canal de dados. As fibras também podem ser embaladas mais juntas do que os fios de cobre sem diafonia. "

p No passado, O progresso para integrar uma capacidade fotônica em chips de última geração usados ​​em computadores e smartphones foi prejudicado por um obstáculo na fabricação. Os processadores modernos são habilitados por processos de fabricação de semicondutores industriais altamente desenvolvidos, capazes de estampar um bilhão de transistores que funcionam juntos em um chip. Mas esses processos de fabricação são perfeitamente ajustados e o projeto de uma abordagem para incluir dispositivos ópticos em chips, ao mesmo tempo que mantém intactas as capacidades elétricas atuais, provou ser difícil.

p O primeiro grande sucesso na superação desse obstáculo foi em 2015, quando o mesmo grupo de pesquisadores publicou outro artigo em Natureza que resolveu este problema, mas o fez em um ambiente comercialmente relevante limitado. O artigo demonstrou o primeiro microprocessador do mundo com capacidade de transferência fotônica de dados e a abordagem para fabricá-lo sem alterar o processo de fabricação original - um conceito que os pesquisadores chamaram de tecnologia de mudança zero. Ayar Labs, Inc., uma startup que Ram, Popovic e Stojanovic cofundaram, fez recentemente uma parceria com o grande fabricante da indústria de semicondutores, GlobalFoundries, para comercializar essa tecnologia.

p Contudo, esta abordagem anterior era aplicável a uma pequena fração de chips microeletrônicos de última geração que não incluíam o tipo mais comum, que usam um material de partida denominado silício a granel.

p No novo jornal, os pesquisadores apresentam uma solução de fabricação aplicável até mesmo aos chips mais difundidos comercialmente com base em silício a granel, introduzindo um conjunto de novas camadas de material na porção de processamento fotônico do chip de silício. Eles demonstram que essa mudança permite a comunicação óptica sem impacto negativo na eletrônica. Ao trabalhar com pesquisadores de ponta em fabricação de semicondutores na CNSE Albany para desenvolver esta solução, os cientistas garantiram que qualquer processo desenvolvido pudesse ser perfeitamente inserido na produção em nível de indústria atual.

p "Investigando cuidadosamente e otimizando as propriedades das camadas de materiais adicionais para dispositivos fotônicos, Conseguimos demonstrar desempenho de nível de sistema de última geração em termos de densidade de largura de banda e consumo de energia, embora partindo de um processo muito menos caro em comparação com tecnologias concorrentes, "diz Fabio Pavanello, um ex-associado de pós-doutorado do grupo de pesquisa de Popovic que é co-autor do artigo com Amir Atabaki, um cientista pesquisador do MIT, e Sajjad Moazeni, um estudante de graduação na UC Berkeley. "Foi necessária uma grande colaboração de vários anos de nossos três grupos em diferentes disciplinas para alcançar este resultado, "acrescenta Atabaki.

p A nova plataforma, que traz fotônica para chips microeletrônicos de silício de última geração, promete uma comunicação mais rápida e com maior eficiência energética, que pode melhorar muito a computação e os dispositivos móveis. As aplicações além da comunicação de dados tradicional incluem acelerar o treinamento de redes neurais artificiais de aprendizagem profunda usadas em tarefas de reconhecimento de imagem e voz, e sensores infravermelhos LIDAR de baixo custo para carros autônomos, identificação facial de smartphone e tecnologia de realidade aumentada. Além disso, microchips ativados opticamente podem permitir novos tipos de segurança de dados e autenticação de hardware, chips mais poderosos para dispositivos móveis operando em redes sem fio de 5ª geração (5G), e componentes para processamento e computação de informações quânticas.

p "Para as mais avançadas tecnologias de fabricação de semicondutores de última geração e futuras com dimensões de transistores eletrônicos abaixo de 20 nm, não há outra maneira de integrar fotônica do que esta abordagem. ", concluiu Vladimir Stojanovic, cuja equipe liderou parte do trabalho, "Todas as camadas de material usadas para formar os transistores tornam-se muito finas para suportar a fotônica, portanto, as camadas adicionais são necessárias. "