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Sí es posible integrar fotónica usando procesos convencionales para chips

El objetivo es evitar modificar los procesos de manufactura existentes para las arquitecturas electrónicas modernas con el fin de agregar componentes ópticos a los chips.

ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas

Circuitos electrónicos híbridos que posean también componentes fotónicos en su arquitectura podrán ser producidos aplicando modelos de fabricación convencionales para chips sin la necesidad de modificar extremadamente los procesos, aseguran científicos de tres importantes universidades de Estados Unidos quienes han dado a conocer un nuevo adelanto en materia de manufactura electrónica.

   

El grupo de investigación lo conforman 18 académicos procedentes del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad de California en Berkeley, y la Universidad de Boston, quienes han compartido avances de su línea de trabajo a través de diversos artículos publicados en revistas como Nature donde detallan su propuesta para utilizar los esquemas actuales de fabricación de chips para comenzar a producir circuitos ópticos sin cambiar drásticamente los procesos.

En el comunicado generado por el MIT se indica que el modelo propuesto por el equipo interdisciplinario permite integrar fácilmente componentes fotónicos en chips convencionales y hacer que trabajen de forma estable y con un consumo de energía controlado.

Los avances en este proyecto han sido considerables, puesto que en diciembre del 2015 los investigadores anunciaron una novedosa manera de desarrollar microprocesadores optoelectrónicos implementando técnicas de manufactura tradicionales, revelando un prototipo con resultados exitosos en términos de operatividad, pero con dificultades para ser manufacturado a escala debido al perfil de su arquitectura.

Dicho prototipo era funcional y se utilizaron procesos existentes para integrar los módulos electrónicos y fotónicos en el mismo trozo de silicio, pero las capas eran tan robustas que de alguna manera impedían que se produjeran en masa haciendo uso de los modelos conocidos en la industria.

Actualmente, la técnica en cuestión ha sido mejorada y presumiblemente con esta ya se lograron ensamblar los componentes fotónicos en el chip para hacer que converjan con las tecnologías de transistores más modernas.

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El nuevo modelo de fabricación permite agregar componentes ópticos a las arquitecturas de los chips sin cambiar radicalmente los procesos de manufactura. (Fuente: MIT).

   

El avance ha brindado la capacidad de optimizar los recursos ópticos dentro de las arquitecturas de procesamiento y separarlos de tal forma que se alcance cierta independencia dentro de los sistemas. Este hito es sumamente atractivo tomando en cuenta que disponer no solo de conexiones eléctricas sino también de conexiones ópticas resultará atractivo para los fabricantes de chips porque de este modo se podrá aumentar notablemente la velocidad y reducir el consumo de energía de los procesadores.

“Lo más prometedor de este trabajo es que puedes optimizar tu fotónica independientemente de la electrónica”, explica Amir Atabaki, investigador académico del MIT quien ha participado en el proyecto. “Tenemos diferentes tecnologías electrónicas, y si solo les añadiéramos fotónica significaría una gran capacidad para las futuras comunicaciones y los chips de cómputo. Por ejemplo, podríamos imaginar un fabricante de microprocesadores o un fabricante de GPUs como Intel o Nvidia diciendo: ‘Esto es muy bueno. Ahora podemos tener entradas y salidas fotónicas para nuestros microprocesadores o GPUs’. Y lo mejor es que no tienen que cambiar mucho sus procesos para obtener el aumento del rendimiento deseado de la óptica en sus productos”, puntualizó el académico.

Cabe mencionar, que los chips ópticos ya son una realidad, pero a manera de prototipos, aunque algunos ya son vendidos en el mercado a precios exorbitantes pero con el gran defecto de consumir cantidades monstruosas de energía, produciendo al mismo tiempo demasiado calor para ser considerados parte de las arquitecturas de un chip de cómputo.

El nuevo prototipo ha si presentado como un modelo compatible para comenzar a integrarlo en las arquitecturas de los microprocesadores venideros.

   

A manera de ejemplo, existen dispositivos modulares que codifican datos digitales en formas de partículas luminosas, pero se ha demostrado que estos dispositivos consumen entre 10 y 100 veces más energía que los módulos integrados en el nuevo modelo creado por los investigadores de las tres universidades.

Por otro lado, el nuevo diseño posee un tamaño más pequeño debido a que la integración de su electrónica y fotónica ayuda a facilitar el uso de esquemas moduladores más eficientes en relación al espacio de montaje, tal como pueden ser los resonadores de anillo.

El mismo comunicado subraya que el método que anteriormente había sido diseñado requería que los componentes electrónicos del chip fueran de la misma capa de silicio que sus componentes ópticos, lo que significaba utilizar una tecnología antigua de chips donde las capas de silicio fueran lo bastante gruesas para los componentes ópticos, lo que hizo que no funcionara establemente con respecto a lo deseado.

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