Por primera vez, los investigadores han utilizado las tecnologías existentes para hacer un procesador complejo que utiliza conexiones ópticas de bajo consumo.

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Los centros de datos consumen mucha energía y son responsables de emisiones de carbono en enormes cantidades. Un microprocesador que utilice conexiones de fibra óptica en lugar de cables eléctricos ha sido durante mucho tiempo el sueño de los diseñadores de chips, pero fabricarlos se ha quedado sólo en el intento.

Un procesador que integra los circuitos electrónicos y la óptica en el mismo chip podría ahorrar energía en los centros de datos.

Ahora, un prototipo descrito en la revista Nature, ofrece un enfoque prometedor y práctico. El microprocesador electrónico-óptico, desarrollado por un grupo de investigadores del MIT, la Universidad de California, Berkeley, y la Universidad de Colorado, Boulder, integra más de 70 millones de transistores y 850 componentes ópticos. El sistema utiliza fibras ópticas, transmisores y receptores para enviar datos entre un chip de procesador y un chip de memoria. En una demostración, se ejecuto un programa de gráficos para mostrar y manipular una imagen en 3-D, una tarea que requiere el uso de las conexiones ópticas internas para obtener los datos.

Las conexiones ópticas pueden transportar más datos más rápido que las eléctricas que consumen la misma cantidad de energía. Las transferencias de datos en el prototipo se produjo a una velocidad de 300 gigabits por segundo por milímetro cuadrado, que los investigadores dicen que es de 10 a 50 veces la tarifa para un microprocesador electrónico comparable. Ese aumento en el ancho de banda podría ahorrar una gran cantidad de energía en centros de datos, dice Chen Sun, investigador en la Universidad de California, Berkeley.

Se estima que del 20 al 30 por ciento de la energía utilizada en los servidores de centros de datos se gasta la transferencia de datos entre las tarjetas de procesador, memoria y redes. De acuerdo con un análisis realizado por el Consejo de Defensa de Recursos Naturales, centros de datos sólo en Estados Unidos se consumirán 140 millones de kw/hr de electricidad al año 2020, lo que eleva el consumo a US$13 de millones de dólares y que emite 100 millones de toneladas métricas de carbono.

Obtener los componentes ópticos en el mismo chip electrónico ha sido particularmente difícil. Los investigadores han sido capaces de combinar sólo circuitos muy simples con piezas ópticas, y estos sistemas se han mantenido en costos muy altos, dice Sun. Él y sus colaboradores esperan mantener bajos los costos mediante la fabricación de sus dispositivos en los equipos de semiconductores existentes. Los prototipos fueron elaborados en una planta de fabricación de semiconductores operada por Global Foundries en Fishkill, Nueva York. 

El logro de una conexión óptica entre la memoria y el procesador de un chip, usando wafers de silicio convencionales en una fundición ordinaria es “un logro tecnológico importante,” dice Shayan Mookherjea, un ingeniero eléctrico de la Universidad de California, San Diego, que también está desarrollando conexiones ópticas para centros de datos. Sin embargo, señala que esta manera requiere el grabado de parte del soporte de silicio, ya que de otro modo podrían permitir que la luz se filtre de las piezas de trabajo. Eso podría ser difícil de lograr de manera confiable.

Sun es optimista. Este mes de mayo, fundó una compañía para comercializar los diseños. Ayar laboratorios de Berkeley es el desarrollo de productos dirigidos a los centros de datos y puede estar listo para llevar un producto al mercado en tan sólo dos años, dice.

Fuente: MIT Technology Review

 

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