silicio

El silicio y la luz, nuevos avances para
una electrónica más rápida y eficiente
Un microprocesador que emplea circuitos ópticos y eléctricos y se comunica con otros
chips usando la luz en lugar de la electricidad ha sido descrito en la última edición de la
revista [Nature](http://www.nature.com/nature/journal/v528/n7583/full/nature16454.html).
Lo importante es que el estudio informa sobre los procesos de fabricación a emplear de
forma que los chips sean integrados en la producción de chips de silicio de la actualidad,
siendo potencialmente un paso para la llegada de nuevos chips más rápidos y eficientes
para nuestros ordenadores, smartphones y dispositivos del Internet de las Cosas.
por Félix Palazuelos23 de diciembre de 2015Última actualización 11 de marzo de
2021
Glenn Asakawa, University of Colorado
Desde la demostración del primer microprocesador en operación
sólo hemos conocido chips más pequeños, baratos y rápidos.
Pero ahora existe un notable cuello de botella en términos de
velocidad y consumo para las comunicaciones entre los chips. Las
conexiones tradicionales tienen pérdidas energéticas y se reduce la
velocidad de las comunicaciones.
¿Por qué emplear la luz?
El transporte de datos a través de pequeñas conexiones eléctricas
está limitado por el ancho de banda y la densidad
energética, lo que crea este cuello de botella en el rendimiento de
los chips y los sistemas de computación modernos desde los
smartphones a los data centers más grandes del mundo.
Estas limitaciones pueden superarse empleando
comunicaciones ópticas basadas en sistemas
fotónicos del tamaño de un chip habilitados por dispositivos
nanofotónicos basados en silicio. El problema es que combinar
comunicaciones eléctricas y fotónicas crea varios problemas
debido a los conflictos de fabricación de microchips entre la
electrónica y la fotónica. En consecuencia, los chips electrónicofotónicos actuales se limitan a procesos de fabricación de nicho e
incluyen sólo unos pocos dispositivos ópticos junto con circuitos
demasiado simples.
Chen Sun y sus compañeros presentan un enfoque totalmente
compatible con los procesos de producción comercial de la
microelectrónica contemporánea; dicha compatibilidad ha sido la
mayor barrera a superar en los avances de la fotónica basada en el
silicio.
Han desarrollado un microprocesador de 70 millones de
transistores y 850 componentes fotónicos que se comunican con
otros chips empleando la luz. Lo mejor: este enfoque de
integración entre los complejos circuitos ópticos nanométricos,
junto a los avanzados circuitos necesarios en la actualidad
requieren cambios mínimos a los procesos de fabricación
de chips.
Glenn Asakawa, University of Colorado
A pesar del creciente interés en la fotónica basada en silicio y el
desarrollo de circuitos integrados más eficientes, pocas muestras
existen que combinen los avances.
Esto se debe a que el sustrato de silicio usado en fotónica es muy
diferente de los sustratos estándar empleados en la electrónica.
Incluso el cambio más pequeño en la tecnología CMOS puede
degradar significativamente el rendimiento de los transistores
empleados en los chips. Por ello, el desarrollo de un proceso
que permita combinar electrónica con fotónica era
altamente complicado.
Esto es porque el sustrato de silicio para la fotónica es muy
diferente de los sustratos estándar utilizados en la electrónica - e
incluso ligeros cambios a la tecnología CMOS puede degradar el
rendimiento de los transistores utilizados en microchips. Como
tal, el desarrollo de un proceso para combinar la electrónica y la
fotónica en un solo chip es altamente desafiante
El proceso
La primera estrategia de la industria fue emplazar los transistores
y los dispositivos fotónicos en la misma capa de un chip de silicio.
El método estaba basado en un proceso electrónico CMOS a través
de un sustrato no estándar en la industria que permitía una
propagación rápida de la luz.
Pero aunque la integración fuese posible para desarrollar
comunicaciones de entrada y salida a través de la luz, se
requeriría inversiones enormes de dinero para adaptar la
producción de chips avanzados como los que emplea nuestro
smartphone a este desarrollo.
Chen Sun y su equipo con su estrategia "cero-cambios" desafían
ese planteamiento. Han logrado emplear un proceso CMOS
comercial, y utilizado en la actualidad para fabricar electrónica,
acomodando los dispositivos fotónicos sin etapas o desarrollos
extra.
Esto permite que los diseños electrónicos actuales puedan
ser usados y combinados con componentes fotónicos sin
procesos adicionales lo que podría incrementar
drásticamente la eficiencia y fiabilidad del sistema en
chip (SoC) resultante.
Los autores informan de grandes ventajas en la intercomunicación
de un microprocesador. Su SoC integra millones de transistores y
cientos de dispositivos fotónicos para formar un procesador y una
memoria que se comunican entre sí usando la luz a una velocidad
de 2.5 gigabits por segundo.
Los componentes fotónicos se usan para guiar codificar y detectar
la información en combinación con los materiales estándar en la
industria de la electrónica como el silicio y el silicio-germanio
(SiGe).
Los investigadores han usado una fuente externa de luz para
alimentar a los dispositivos fotónicos a una longitud de onda de
1.180nm para ser conducida sin problemas por el silicio. Tanto la
memoria como el procesador incluyen un modulador compacto de
silicio para codificar y decodificar la información de punto a
punto.
Estudio mostrado en la revista Nature
10.1038/nature16454. Paper online.
Recibe cada mañana nuestra newsletter. Una guía para entender
lo que importa en relación con la tecnología, la ciencia y la cultura
digital.
Suscríbete
También en Hipertextual:
 Apple
anuncia una inversión millonaria para potenciar sus chips
Apple Silicon y redes 5G
 IBM
crea el primer procesador de 2nm del mundo: el futuro ya está
aquí
 Los
beneficios de Samsung se desploman: ¿qué está pasando con
los fabricantes de chips?
 Mercedes,
Volkswagen y BMW creen que la escasez de chips podría
continuar hasta 2023