¿Qué hace que las velocidades de Internet de banda ancha sean mejores? ¿Líneas telefónicas de cobre que usan electrones para transportar los datos, o fibra óptica que usa fotones? (Con suerte) todos saben que la banda ancha de fibra es más rápida. Y eso no se debe a que la luz puede viajar más rápido que la electricidad: de hecho, las velocidades de propagación de las señales de luz por la fibra óptica y las señales eléctricas por los cables de cobre no son tan diferentes como puede imaginar. No, las fibras ópticas son más rápidas porque tienen más ancho de banda: la banda en banda ancha es más amplia.
Ahora, ¿qué tiene esto que ver con la fotónica de silicio? La fotónica de silicio es una rama de la ciencia que crea guías de onda integradas en chips de silicio. Estas guías de onda confinan la luz en ellas, literalmente guiando fotones alrededor del chip. Y resulta que el silicio puede ser una excelente guía de ondas. Gracias a las inversiones multimillonarias realizadas por la industria del silicio para fabricar transistores, el silicio es el material más puro y mejor que sabemos cómo fabricar y procesar. Los investigadores de fotónica de silicio pueden aprovechar esta experiencia y hacer excelentes guías de onda en chips de silicio. Pero, ¿por qué querrían hacerlo?
Bueno, antes que nada, un breve desvío para explicar la ley de Moore. Gordon Moore fue el fundador de Intel, y en la década de 1970 hizo una observación notable sobre la industria de los semiconductores: que la cantidad de transistores en un chip de computadora se duplicaría cada año, lo que nos da computadoras más potentes por menos dinero. Al miniaturizar el transistor en chips de silicio, esta profecía se ha mantenido durante los últimos 40 años. La gente había predicho el fin de la ley de Moore antes, pero ahora es realmente un momento crucial, ya que los transistores son tan pequeños que ahora podemos contar el número de átomos en sus características más pequeñas. Pronto, no podremos hacerlos más pequeños. ¿Por qué es esto un problema? Porque nosotros (la humanidad) nos hemos acostumbrado al progreso exponencial que trae la ley de Moore, y no queremos que ese progreso se detenga. Por lo tanto, para compensar la imposibilidad de meter más transistores en un espacio más pequeño, hemos creado chips de múltiples núcleos, con dos, cuatro e incluso ocho procesadores comunes en los chips de múltiples núcleos en estos días. Pero para cumplir con la ley de Moore de esta manera, pronto necesitaremos cientos o miles de procesadores en un solo chip.
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Ahora aquí está el problema (y donde llego al punto). Todos estos miles de núcleos necesitarán comunicarse entre sí para realizar el tipo de procesamiento paralelo y ofrecer una mayor potencia informática. Actualmente, esa comunicación se produce al colocar pequeñas pistas de metal en el chip y al enviar señales eléctricas entre núcleos. Esto es equivalente al uso de cables telefónicos de cobre para su banda ancha, y al igual que su banda ancha en el hogar, el ancho de banda puede aumentarse enormemente reemplazando los cables de metal con fibra óptica para transportar la información con luz. Pero en un chip, las fibras ópticas se conocen como guías de ondas, por lo que al construir una capa de interconexión óptica a partir de guías de ondas de silicio, podemos hacer un mini-internet directamente en el chip para que todos los miles de núcleos puedan comunicarse eficientemente con un ancho de banda alto .
Y es por eso que compañías como Intel e IBM están interesadas en la fotónica de silicio: quieren construir interconexiones ópticas para la comunicación en sus chips de computadora multinúcleo masivamente paralelos.
Aquí hay una imagen que muestra la visión fotónica de silicio de una capa de interconexión óptica para comunicaciones en futuros chips de computadora paralelos masivos.
El futuro de la fotónica de silicio según la división de embalaje de nanofotónicos de silicio de IBM
