p Com novos chips optoeletrônicos e uma nova parceria com um importante fabricante de chips de silício, O objetivo do MIT Ayar Labs é aumentar a velocidade e reduzir o consumo de energia na computação, começando com data centers. p Apoiado por anos de pesquisa no MIT e em outros lugares, Ayar desenvolveu chips que movem dados com a luz, mas são computados eletronicamente. O design exclusivo integra-se rapidamente, comunicações ópticas eficientes - com componentes que transmitem dados usando ondas de luz - em chips de computador tradicionais, substituindo fios de cobre menos eficientes.

p De acordo com a inicialização, os chips podem reduzir o uso de energia em cerca de 95 por cento nas comunicações chip a chip e aumentar a largura de banda dez vezes em relação aos seus equivalentes baseados em cobre. Em enormes centros de dados - o primeiro aplicativo de destino de Ayar - executados por gigantes da tecnologia como Facebook e Amazon, os chips poderiam reduzir o uso total de energia em 30 a 50 por cento, diz CEO Alex Wright-Gladstein MBA '15.

p "No momento, há um gargalo de largura de banda em grandes data centers, "diz Wright-Gladstein, que co-fundou Ayar com Chen Sun Ph.D. '15 e Mark Wade, graduado pela Universidade do Colorado e ex-pesquisador do MIT. "É uma aplicação empolgante e o primeiro lugar que realmente precisa dessa tecnologia."

p Em dezembro, a startup assinou um acordo com a GlobalFoundries, um dos maiores fabricantes globais de chips de silício, para trazer seu primeiro produto, um sistema óptico de entrada-saída chamado Brilliant, para o mercado no próximo ano.

p Os chips também podem ser usados ​​em supercomputadores, Wright-Gladstein acrescenta, que têm problemas de eficiência e restrições de velocidade semelhantes aos dos centros de dados. Na estrada, a tecnologia também pode melhorar a ótica em vários campos, de veículos autônomos e dispositivos médicos à realidade aumentada. "Estamos entusiasmados não apenas com o que isso pode fazer pelos data centers, mas que coisas novas isso possibilitará no futuro, "Wright-Gladstein diz.

p Vendo a luz

p A tecnologia principal de Ayar - agora apoiada por mais de 25 artigos acadêmicos - está sendo construída há uma década. A colaboração de pesquisa começou em meados da década de 2000 no MIT como parte do projeto de Microprocessadores Incorporados Fotonicamente Otimizados (POEM) da Defense Advanced Research Project Agency, liderado por Vladimir Stojanovic, agora professor associado de engenharia elétrica e ciência da computação na Universidade da Califórnia em Berkeley, em colaboração com Rajeev Ram, professor de engenharia elétrica do MIT e investigador principal do grupo Physical Optics and Electronics, e Milos Popovic, agora é professor assistente de engenharia elétrica e da computação na Universidade de Boston.

p A ideia era ajudar a transmissão de dados a seguir a Lei de Moore. O número de transistores em um chip pode dobrar a cada dois anos, Wright-Gladstein diz, "mas a quantidade de dados que enviamos através desses pinos de cobre não cresceu na mesma taxa."

p Os chips de computador enviam dados entre chips com funções diferentes, como chips lógicos e chips de memória. Com comunicações baseadas em cobre, Contudo, os chips não podem enviar e receber dados suficientes para tirar proveito de seu poder de processamento crescente. Isso causou um "gargalo, "onde os chips devem esperar longos períodos para enviar e receber dados. Mais da metade do tempo em data centers, por exemplo, circuitos estão esperando que os dados venham e vão, Wright-Gladstein diz. "É um grande desperdício, "ela diz." Eles estão usando quase tanta energia no modo inativo quanto quando estão trabalhando. "

p Uma solução é leve. Um fio óptico pode transmitir vários sinais de dados em diferentes comprimentos de onda de luz, enquanto os fios de cobre são limitados a um sinal por fio. Os chips ópticos podem, Portanto, transmitir mais informações usando significativamente menos espaço. Além disso, a fotônica produz muito pouco calor residual. Os dados que passam por fios de cobre geram grandes quantidades de calor residual, o que prejudica a eficiência em chips individuais. Este é um problema em data centers, onde os fios de cobre passam dentro e entre os servidores.

p Na época em que os grupos de pesquisa de Ram, Stojanovic, e Popovic estavam trabalhando no projeto POEM, grandes empresas como Intel e IBM estavam tentando criar designs baratos, chips óticos escalonáveis. A colaboração - que então incluiu Sun e Wade - teve uma abordagem diferente:eles integraram componentes ópticos em chips de silício, que são fabricados usando o processo de fabricação de semicondutores CMOS tradicional que produz chips por centavos. "Essa foi uma ideia radical na época, "Wright-Gladstein diz." O CMOS não se adapta bem à óptica, portanto, os veteranos do setor presumiram que seria necessário fazer grandes mudanças para fazê-lo funcionar. "

p Para evitar fazer alterações no processo CMOS, os pesquisadores se concentraram em uma nova classe de componentes ópticos miniaturizados, incluindo fotodetectores, moduladores de luz, guias de ondas, e filtros ópticos que codificam dados em diferentes comprimentos de onda de luz, e então transmitir e decodificar. Eles essencialmente "hackearam" o método tradicional de design de chips de silício, usando camadas destinadas à eletrônica para construir dispositivos ópticos, e permitindo que os designs de chip incluam ópticas configuradas de forma mais rígida do que nunca dentro da estrutura de um chip.

p Em 2015, Os pesquisadores, junto com a equipe de Krste Asanovic na UC Berkeley fez o primeiro processador a se comunicar usando luz e publicou os resultados em Natureza . Os chips, fabricado em uma instalação de fabricação da GlobalFoundries, continha 850 componentes ópticos e 70 milhões de transistores, e teve um desempenho tão bom quanto os chips tradicionais fabricados na mesma instalação.

p Mergulhando

p Por trás das cenas, Wright-Gladstein já estava pensando em comercialização. Um ano antes da publicação, ela se matriculou na MIT Sloan School of Management, especificamente para atender pesquisadores que lidam com energia limpa. Tomando 15.366 (empreendimentos de energia), que se concentra na comercialização de tecnologias limpas do MIT, ela foi escolhida para selecionar as tecnologias a serem trazidas para a sala de aula. "Essa foi a desculpa perfeita para conhecer todos os pesquisadores que fazem pesquisas relacionadas à energia, "Wright-Gladstein diz.

p Do vasto pool de 300 laboratórios, ela encontrou os chips optoeletrônicos de Ram - que "me surpreenderam, "ela diz. A indústria de energia estava focada em inovações em equipamentos para economizar energia em data centers." Mas não havia muito foco na redução de energia por meio da própria computação, "Wright-Gladstein diz." Parecia uma ótima maneira de causar um impacto. "

p Wright-Gladstein formou uma equipe em sala de aula para criar um plano de negócios e um argumento de venda. Ela também colaborou frequentemente com a Sun e Wade, conversando com clientes potenciais da indústria. Quando o Prêmio MIT de Energia Limpa chegou, os três alunos entraram na tecnologia com o nome, OptiBit - e ganhou os dois grandes prêmios de $ 275, 000, solidificando sua decisão de lançar uma startup.

p "Ter fundos desde o início para pagar salários baixos e ter um pequeno colchão antes de levantar fundos de capital de risco realmente nos convenceu a dar o mergulho, "Wright-Gladstein diz.

p Abrindo uma loja em San Francisco, a startup deu continuidade à pesquisa e ao desenvolvimento, aumentando as taxas de dados de comunicação da tecnologia. Ano passado, A GlobalFoundries se interessou por essas inovações constantes e fechou uma parceria com a startup, que incluiu algum financiamento não divulgado. Este ano, Os primeiros protótipos de Ayar devem chegar aos data centers dos EUA, com lançamento comercial planejado para 2019.

p Resolver o problema de entrada-saída do chip é apenas o começo. Ayar também está entusiasmado com o que sua nova tecnologia significa para o campo da óptica, Wright-Gladstein diz. Sensores ópticos, por exemplo, são usados ​​em veículos autônomos ou semiautônomos e equipamentos médicos caros. Reduzindo os custos de fabricação, enquanto aumenta o poder de computação, de chips optoeletrônicos poderia tornar essas tecnologias muito menos caras e mais acessíveis.

p "Estamos começando a resolver esse problema de gargalo nos chips de silício tradicionais, mas, no final das contas, estamos entusiasmados com todos os diferentes lugares que essa tecnologia irá, "Wright-Gladstein diz." Isso vai mudar a disponibilidade da óptica, e como o mundo pode usar a óptica, de maneiras além do que podemos prever agora. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.