Un equipo de científicos ha desarrollado una nueva generación de chips ópticos que podría revolucionar el procesamiento y transmisión de datos, gracias a un menor consumo energético y la capacidad de reconfiguración eléctrica, según informó el portal TechXplore. La investigación, publicada en la revista Science Advances, busca superar dos grandes barreras de las tecnologías optoelectrónicas actuales: el alto consumo de energía y la rigidez de los diseños convencionales. Los creadores aspiran a que este avance impulse la adopción de herramientas más eficientes en inteligencia artificial, comunicaciones ópticas y sensores avanzados.
Hasta ahora, las celdas ópticas programables requerían alimentación eléctrica constante, incluso cuando no estaban en uso activo, lo que encarecía los costos y dificultaba la integración de circuitos fotónicos en sistemas de alto rendimiento. El nuevo microchip, denominado NEO-PGA (Nonvolatile Electro-Optically Programmable Gate Array), soluciona este problema utilizando materiales de cambio de fase, que almacenan información en un estado estable sin necesidad de energía continua, de manera similar a los CD y DVD. De esta forma, el chip mantiene su configuración sin depender de una fuente de alimentación permanente.
La tecnología de circuitos fotónicos, que emplea luz en lugar de electricidad para procesar y transmitir datos, ya se utiliza en comunicaciones de fibra óptica de alta velocidad, sensores para vehículos autónomos y aceleradores de hardware para aprendizaje automático. Sin embargo, cada aplicación específica requería hasta ahora un diseño de circuito único, lo que alargaba los tiempos y costos de desarrollo. La programabilidad eléctrica que introduce esta innovación acerca los circuitos ópticos a la flexibilidad de los FPGA electrónicos empleados en aplicaciones avanzadas.
Diseño, fabricación y aplicaciones
El principal aporte del chip radica en su bajo consumo y en la capacidad de reprogramación eléctrica sin perder precisión ni fiabilidad. Rui Chen, postdoctorando en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y autor principal del estudio, explicó que la solución permite modificar la configuración del chip una vez fabricado y mantenerla sin consumo energético continuo.
“Podría ayudar a acelerar el ciclo de prototipado y reducir el consumo de energía en aplicaciones como la computación de inteligencia artificial”, señaló, y agregó: “Nuestro estudio demuestra por primera vez que estas clases de circuitos ópticos pueden ser controlados por señales eléctricas, de forma confiable y muy precisa”.
El equipo, liderado por el profesor Arka Majumdar de la Universidad de Washington, también demostró la viabilidad de la fabricación a escala: el chip fue elaborado con procesos industriales estándar en el Washington Nanofabrication Facility, sobre obleas de silicio suministradas por Intel Corporation.
Los materiales de cambio de fase permiten almacenar, procesar y transmitir datos de forma no volátil, resolviendo problemas previos de pérdida óptica y limitaciones de precisión que presentaban otras aproximaciones de circuitos ópticos programables. El desarrollo abarcó cuatro años e incluyó pruebas del circuito en escenarios de laboratorio orientados a aplicaciones reales.
Para Chen, el espectro de usos del chip abarca desde el procesamiento de información hasta sistemas de imagen y redes neuronales para inteligencia artificial.
Próximos pasos del equipo investigador
El siguiente desafío será someter al chip a pruebas en aplicaciones funcionales: computación basada en inteligencia artificial, conmutadores ópticos en centros de datos e instrumentos de detección óptica. Entre las metas declaradas por el equipo está la construcción de un sistema optoelectrónico de mayor escala, donde el chip interactúe con una placa de control eléctrico y algoritmos automatizados para mejorar la adaptabilidad y el control.
Chen, quien prevé continuar su colaboración con Majumdar entre la Universidad de Washington y el MIT, destacó la necesidad de optimizar la velocidad y resistencia de los materiales de cambio de fase, factores que determinarán el tipo y variedad de aplicaciones industriales o científicas del chip.
“Este nuevo chip óptico constituye una plataforma poderosa para el avance de la optoelectrónica, ya que permite sistemas de mayor escala, no requiere esquemas de control complicados y elimina el consumo de energía estática”, señaló. Para él, esos factores combinados allanan el camino a sistemas ópticos escalables que podrían reducir el consumo energético y abaratar el costo de las aplicaciones tecnológicas avanzadas.
Fuente: Infobae