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Silicon Photonics llega al mercado
La fotónica de silicio, que utiliza chips de silicio para enviar y recibir señales de luz portadoras de datos, promete revolucionar las telecomunicaciones, pero hasta ahora se ha limitado en gran medida al laboratorio. Ahora Luxtera , una startup con sede en Carlsbad, CA, que surgió del Instituto de Tecnología de California, anunció el primer cable óptico basado en la misma tecnología de silicio utilizada para fabricar microprocesadores. La compañía dice que el cable, llamado Blazar, puede enviar 40 gigabits de datos por segundo a través de su fibra, pero costará tan poco como los cables ópticos actuales de 20 gigabits por segundo. Construido utilizando un procesamiento estándar de semiconductores de óxido de metal complementario, o CMOS, es probable que el cable encuentre sus primeras aplicaciones en centros de datos y grupos de computadoras.
Fotónica de silicio: (1) Las líneas finas en la superficie de este chip son guías de ondas, canales tallados en silicio que dirigen la luz. (2) Cinco láseres a base de fosfuro de indio montados en una matriz. (3) Los investigadores de Luxtera modificaron una pieza estándar de equipo de prueba de semiconductores para que pueda probar funciones ópticas y eléctricas. (4) Este dispositivo acopla fibra al chip de silicio de Luxtera.
Este es el primer producto fotónico CMOS del mundo, dice Cary Gunn, CTO de Luxtera. Es la culminación de ocho años de desarrollo: seis en Luxtera y, antes de eso, dos años en Caltech.
En la actualidad, la mayoría de los dispositivos fotónicos, como los láseres, los moduladores (los dispositivos que codifican datos en haces de luz) y los detectores están hechos de costosos materiales que no son de silicona, como el fosfuro de indio y el niobato de litio. Según la sabiduría convencional, el silicio, si bien es excelente para aplicaciones electrónicas como microprocesadores y memoria, no es adecuado para generar, modificar o detectar luz. Pero la fotónica de silicio es un campo que avanza rápidamente, gracias a la investigación en empresas y universidades como Intel, IBM, la Universidad de California, Santa Bárbara y Caltech. (Consulte Intel acelera la fotónica de silicio).
Los clientes a los que se dirige Luxtera inicialmente son centros informáticos de alto rendimiento y centros de datos con racks de servidores conectados a sistemas que se extienden por salas y almacenes gigantes. Estos centros constituyen la columna vertebral de la infraestructura de información moderna y son utilizados por los proveedores de servicios de Internet, el gobierno, la industria financiera, los investigadores y las empresas de servicios públicos. Y en la gran mayoría de ellos, los equipos están conectados con cableado de cobre, que tiene un ancho de banda limitado que disminuye con la distancia. Por ejemplo, un cableado de cobre grueso puede proporcionar solo unos 10 gigabits de datos por segundo en un metro y medio.
Debido a que el cobre, aunque relativamente económico, es lento y limita la disposición física de los sistemas informáticos complejos, los ingenieros han optado por cables de fibra óptica, que proporcionan un ancho de banda mucho mayor y pueden extender distancias de más de 300 pies sin perder capacidad de transporte de datos. . Los cables ópticos también son más delgados y mucho más flexibles que el cobre, por lo que ayudan a mantener fríos los centros de datos: los cables de cobre gruesos tienden a atrapar el calor y bloquear el aire de refrigeración de los ventiladores. Sin embargo, dado que los transceptores de un cable óptico estándar, los chips en sus extremos que envían y reciben datos, están hechos de costosos semiconductores, el cable en sí puede ser caro.
Luxtera espera hacer que los cables ópticos sean más asequibles mediante el uso de silicio en partes del transceptor. Gunn explica que cada transmisor (la mitad del transceptor) en el nuevo cable contiene un láser de fosfuro de indio relativamente económico y listo para usar. La luz de este láser se divide en cuatro haces, y cada haz pasa a través de un modulador hecho de silicio. Gunn dice que se envía una señal eléctrica a cada modulador para imprimir la señal directamente en la onda de luz a una velocidad de 10 gigabits de datos por segundo. Luego, otro dispositivo fotónico de silicio, llamado lente holográfica, lanza la luz en fibra de bajo costo. La lente holográfica está grabada litográficamente en la superficie del chip y reemplaza la matriz de lentes que se encuentran en un cable óptico estándar. Una vez que se transmite por la fibra, la luz codificada por datos pasa a través de otra lente holográfica y se dirige a una serie de fotodetectores basados en fosfuro de indio, que la vuelven a convertir en una señal eléctrica. La electrónica integrada en el mismo chip CMOS que alberga los dispositivos fotónicos amplifica y limpia la señal y la envía a un receptor eléctrico. Cada extremo de un cable Luxtera Blazar tiene un chip que contiene un transmisor y un receptor, dice Gunn.
El nuevo producto representa el siguiente paso lógico en la utilización de fotónica de silicio para ensamblajes de bajo costo, dice Alan Willner , profesor de sistemas de ingeniería eléctrica en la Universidad del Sur de California. La capacidad de alojar juntos varios componentes ópticos lo convierte en un argumento aún más convincente de por qué los cables ópticos de 40 gigabit por segundo pueden vencer al cobre, dice.
Y el mercado para tales dispositivos es definitivamente bueno, dice Fred Zieber, presidente de Pathfinder Research, una firma de análisis de tecnología. Es un gran producto para cosas como granjas de servidores y complejos informáticos, dice. Y ese mercado está creciendo bastante rápido.
Es posible que Luxtera tenga que superar el obstáculo de ser una startup y, por lo tanto, no es muy conocida ni confiable en la industria, dice Zieber. Pero agrega que la confiabilidad de su producto podría darle una ventaja a la empresa. No están usando material arcano y no están juntando muchos chips para hacer esto. Todo eso debería darle un paquete más resistente.
Gunn confía en que el cable encontrará clientes y, dado que los chips transceptores se fabrican en mayor cantidad, su costo podría reducirse hasta el punto de que los cables ópticos basados en silicio puedan incluso competir con el cobre, algo que los cables ópticos sin silicona nunca harán. A medida que bajan los costos, señala Gunn, la fotónica de silicio podría ir más allá de simplemente proporcionar conexiones entre sistemas. Mirando más allá, la fotónica de silicio abordará los cuellos de botella dentro sistemas, dice. Las computadoras domésticas cuyos circuitos usaran fotónica de silicio en lugar de cableado de cobre, agrega, serían más rápidas y mantendrían el consumo de energía al mínimo.